伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)科学家构建了一种量子力学状态，在这种状态下，三个光子的颜色相互纠缠。这种态是一种特殊的组合，称为W态，即使三个光子中的一个丢失了，它也会保留一些纠缠，这使得它对量子通信很有用。这样的纠缠态也使得新的量子应用和基础物理测试成为可能。这项研究的独特之处在于，研究人员使用颜色或光子的能量作为纠缠自由度，而先前的工作使用偏振。
光子的能量不容易改变，这降低了当能量纠缠W态在长距离上传播时出错的可能性。通过测量关于双光子子系统的信息，首次验证了该状态，其研究发现发表在《物理评论快报》上。该项目的研究生Bin Fang指出：人们以前就创造过极化纠缠的W态。然而，这是光纤中产生的第一个离散能量纠缠W态和第一个三光子纠缠态。为了创造这种状态，研究人员将激光照射到玻璃纤维中。通过称为自发四波混频的过程，四个激光光子与光纤相互作用并被湮灭以产生两对不同颜色的光子(例如，两对红色和绿色光子)。
这四个光子用于构造3光子W态。其中一个被检测为绿色，剩下的三个纠缠为W状态，其由两个红色光子和一个绿色光子同时的所有可能的迭代组成。研究人员使用插图是红绿灯的插图。物理学副教授、首席研究员弗吉尼亚·洛伦茨(Virginia Lorenz)说：就像三个交通灯总是发出两个停和一个走的信号一样，光子的颜色最终总是两个红色和一个绿色，但具体的组合在进行测量之前是不会设定的，这是光子量子力学性质的一个特征。
与其他类型的三粒子纠缠相比，W态对于量子通信是有用的，因为如果其中一个光子丢失，另两个光子保留一些纠缠，意味着通信能够继续进行。这项研究的另一个新方面是，找到了一种途径来验证状态是我们的目标，从而绕过了一个复杂的颜色转换步骤，理论家合作者想出了一种相当直截了当地证明W状态存在的方法。利用光纤中自发四波混频产生多光子对的状态，本研究表明，通过利用关于光子源的先验信息，可以在不借助频率转换的情况下验证该光子源产生的状态。
博科园｜研究/来自：伊利诺伊大学厄本那-香槟分校
参考期刊《Physical Review Letters》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.070508
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