目前最簡單常用的光子糾纏是偏振糾纏，即單個(gè)光子通常表現(xiàn)出垂直偏振態(tài)或水平偏振態(tài)，但糾纏后就會(huì)處于水平偏振和垂直偏振的疊加態(tài)。用偏振糾纏對(duì)數(shù)據(jù)編碼，每個(gè)光子最多只能攜帶一個(gè)量子位信息。而光子還有其他糾纏方式，將這些方式與偏振糾纏結(jié)合使用，可獲得更具優(yōu)勢(shì)的超糾纏光子態(tài)，不僅具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率、儲(chǔ)存的信息量子位也成倍增加，量子通信的安全等級(jí)也會(huì)大大提升。但之前關(guān)于超糾纏光子的相關(guān)實(shí)驗(yàn)只在受到嚴(yán)格保護(hù)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)短距離實(shí)現(xiàn)。
新研究中，奧地利科學(xué)院量子光學(xué)和量子信息研究所（IQOQI）物理學(xué)家魯帕特·烏爾辛帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，在偏振糾纏中加入了另一種“能量時(shí)間糾纏”，從而創(chuàng)造了一種四維超糾纏光子態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，他們選用“早”和“晚”這兩個(gè)特定值，代表兩個(gè)能量時(shí)間糾纏態(tài)。
研究團(tuán)隊(duì)利用實(shí)驗(yàn)室的超糾纏光源產(chǎn)生了大量超糾纏光子對(duì)，每個(gè)光子對(duì)中的一個(gè)光子儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室，另一個(gè)光子則通過光纖傳送到實(shí)驗(yàn)室屋頂?shù)募す獍l(fā)射管，該發(fā)射管將這個(gè)光子通過自由空間發(fā)送到相距1200米的另一房頂上安裝的接收裝置，光子到達(dá)后仍然能保持與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)另一光子的超糾纏態(tài)。
實(shí)驗(yàn)證明，盡管大氣渦旋導(dǎo)致超糾纏光子的傳輸效率變化無常，且有大約一半的光子被光學(xué)器件吸收而失蹤，但每秒仍能檢測到2萬對(duì)光子在相距1200米處保持超糾纏態(tài)，首次證明了能量時(shí)間/偏振同時(shí)糾纏的超糾纏光子在真實(shí)世界中的可操作性，為開發(fā)基于超糾纏光子的量子應(yīng)用鋪平了道路。
［本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》2017年 8 月 25日第 2 版。］
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