【文章介绍】模拟高维纠缠


      相比于我们熟知的两维两体纠缠,如(|HH>+|VV>), 仍然存在一类两体的高维态。两体的高维纠缠态存在诸多优点,比如可以违背更高的非局域性;可以增加计算(传输)的信息容量;在信道安全的窃听上具有更高的安全性。高维纠缠可以写为:

目前产生高维纠缠的方式有路径,空间模式,频率,时间,光子态等。下表列出了一些重要的工作:


  我们小组最近和俄罗斯莫斯科国立大学的Kulik组同时独立的做了一篇无后向选择产生三维最大纠缠态的工作(PRA 98, 062316 (2018);PRA 98.060301 (2018)),然而,产生一个高维的类似态存在不小的技术挑战。目前没有一个体系同时具备高的维度扩展性、高保真度、易操控性等特点。从实用的角度看,许多量子计算的任务,诸如quantum wark,Grove 搜索算法中并不需要非局域性。具有类似数学形式的局域物理资源,例如不可分割态,可以实现非局域纠缠的模拟和特定算法的实现。

  我们小组实现了一个两体高维纠缠态的模拟。传统的两维纠缠的模拟是采用了光子的偏振和轨道自由度。我们采用了高维光场的角向和径向轨道角动量的两个自由度。我们在实验上模拟了CGLMP-Bell不等式的违背情况,观测到了十维的违背,对比了量子的情况:Nat.Phys. 7, 677 (2011)。本工作提供了两体高维模拟的一个有效平台。

图1: 实验装置和测得的空间模式频谱矩阵。

图2: CGLMP-Bell不等式的违背情况,蓝色为两体的后向选择的高维态(Nat.Phys. 7, 677 (2011));红色为我们的实验结果。

文章目前被Opt.Express 接收。

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Abstract:

An analogous model system for high-dimensional quantum entanglement is proposed, based on the angular and radial degrees of freedom of the improved Laguerre Gaussianmode. Experimentally, we observed strong violations of the Bell-CGLMP inequality for maximally non-separable states of dimension 2 through 10. The results for violations in classical non-separable state are in very good agreement with quantum instance, which illustrates that our scheme can be a useful platform to simulate high-dimensional non-local entanglement. Additionally, we found that the Bell measurements provide sufficient criteria for identifying mode separability in a high-dimensional space. Similar to the two-dimensional spin-orbit non-separable state, the proposed high-dimensional angular-radial non-separable state may provide promising applications for classical and quantum information processing.

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丁冬生,男19872月出生。2010年7月于安徽师范

大学获学士学位。2010年9月-2015年7月年在中国科学技术大学硕博连读进行研究工作,主要从事基于原子系统的宽带高维量子信息的实验研究以及里德堡原子方面的工作。第一作者或通信作者在国际顶尖期刊上发表数篇文章,包括Nature photonics(1篇)

Nature communications(2篇),

Physical Review Letters (3篇),

Light Science and Applications(1篇), Optica (1篇,OSA 旗舰杂志);以及在 Physical Review AOptics ExpressOptics LettersApplied Physics Letters 等著名杂志上发表第一作者文章18篇。

工作经历:

2014年9月-2015年7月,在中国科学技术大学聘为助理研究员。

2015年8月-2018年3月,在中国科学技术大学聘为副研究员。

2018年4月-至今。在中国科学技术大学聘为特任教授。

曾获:

王大珩高校学生光学奖(2013 年);

中科院院长特别奖(2015年);

中科院优秀博士学位论文奖(2016年);

联系方式

dds@ustc.edu.cn