北理工在高維非局域量子操控(Steering)效應研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2018-01-19 供稿：物理學院
編輯：周格羽 審核：姚裕貴 閱讀次數(shù)：日前,，北京理工大學物理學院張向東教授課題組（博士研究生曾強、王波,、李鵬云和導師張向東教授）在實驗上首次觀測到了高維非局域量子操控(steering)效應,，這是對現(xiàn)有量子非局域效應研究的一次重要補充。不僅如此,，課題組成員創(chuàng)新地利用空間光調制器上加載動圖方式,，在高維量子系統(tǒng)中定量引入了可控各向同性噪聲，實驗上精確驗證了高維操控(steering)效應噪聲抑制現(xiàn)象的理論預言,。相關研究成果發(fā)表在近期的《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 120, 030401(2018)]上,，該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委的資助和支持。
1935年,，愛因斯坦,、波多爾斯基和羅森提出了著名的EPR佯謬，他們以量子力學基本原理為基礎,，推導出與經(jīng)典理論中的物理實在論相矛盾的結論,， 并把這一量子特性稱之為“幽靈般的超距作用”，進而對量子力學提出了質疑,。薛定諤在研究這一佯謬時提出了 “操控（steering）”的概念,，后來被稱為EPR操控(EPR steering)。EPR操控描述了對一個粒子進行測量能非局域地影響另一個粒子狀態(tài)的能力,，它是一類量子非局域特性,。我們通常說的量子非局域特性是指某個糾纏態(tài)能違背貝爾不等式，叫做貝爾非局域性,。而EPR steering這種非局域特性指的是量子糾纏態(tài)中只有一部分具有EPR操控特性,，而這些具有EPR操控特性的態(tài)中只有一部分具有貝爾非局域性,。目前對steering效應的研究大多集中在二維情況，而眾多的理論研究表明,，高維系統(tǒng)中的量子steering效應具有許多新奇而重要的特性,，例如噪聲抑制，亦即隨著維度的提升,，steering效應抵制噪聲的能力會越來越強,。然而，因為目前對高維系統(tǒng)調控技術的不成熟,，實驗上觀測這些特性還存在著極大的困難,。
圖1 高維軌道角動量光糾纏系統(tǒng)的實驗實現(xiàn)，及高維steering效應的觀測測量
圖2 高維steering效應的測量結果
圖3 動圖引入可控的高維各向同性噪音
圖4 噪聲抑制現(xiàn)象的測量結果
光的軌道角動量自由度由于其天然的高維屬性，自發(fā)現(xiàn)起就被廣泛應用于各類高維系統(tǒng)的構建中,。在實驗中通過光的參量下轉換過程產(chǎn)生了軌道角動量光的最大糾纏態(tài) 
（圖1）,，進而通過一系列測量觀測到了高維量子steering效應。圖2展示的是測量結果,。用加載動圖的方式，定量的引入了一個可控的各向同性噪聲（圖3）,，并驗證了高維steering效應中的噪聲抑制現(xiàn)象（圖4）,。
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