Quantum Metamaterials: Applications in quantum information science
超材料是人工设计的周期性结构,具有传统材料所没有的特殊光学特性。然而,如果我们通过添加一些量子元素(例如量子点,冷原子,约瑟夫森结,分子)来引入量子自由度,则可以扩展这种超材料的定义。量子超材料可以被定义为由量子元素组成的人工工程纳米结构。此外,它们表现出可控的量子态,保持量子相干性的时间远高于电磁信号的横向时间。超材料已被用于实现隐形斗篷,超分辨率,能量收集和传感。这些应用程序中的大多数是在经典的制度。近年来,超材料逐渐进入量子领域,特别是量子传感和量子信息处理领域。将量子超材料用于量子信息处理仍然是新的并且快速增长的。在量子信息处理中,量子超材料已经实现了量子态的控制和操纵、单光子产生、产生量子纠缠、量子态切换、量子搜索算法、量子态工程任务等等。本文综述了量子超材料的理论、制备及其在量子信息处理中的应用。
2020-06-06 physics.optics quant-ph
Spin-Orbit Angular Momentum Conversion in Metamaterials and Metasurfaces
在过去的几十年里,在操纵光的自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)方面取得了前所未有的进展,使许多应用从经典和量子通信到光学显微镜和超分辨率成像。超表面是人工设计的2D超材料,具有设计的亚波长尺寸构建块,可以精确控制光场,具有无与伦比的灵活性和性能。光学超颖表面的降维实现了新的物理学,并导致与块体材料可实现的功能和应用显著不同的功能和应用。本文综述了近年来光学超颖表面在集成自旋轨道转换(SOC)器件中的应用,并对超颖表面在光的SAM和OAM操纵方面的研究进展进行了综述。
2019-07-25 physics.optics quant-ph
Manipulating orbital angular momentum entanglement by using the Heisenberg Uncertainty principle
轨道角动量纠缠是量子物理中最有趣的课题之一。一个广泛的研究已经致力于解开其潜在的物理或扩大纠缠的维度和程度。本文将海森堡不确定原理应用于方位角区域内的量子位置关联,对轨道角动量纠缠进行了理论研究。在这项研究中,我们将泵浦光分解成一组泵浦锥态,其特征在于它们的半径。通过控制抽运光锥态的半径、非线性晶体的长度以及抽运光携带的OAM,可以实现对OAM纠缠的控制,并对控制过程进行了详细的讨论。我们期望通过本论文的研究,能够加深对OAM纠缠的理解,并对基于OAM纠缠的高维量子信息任务的研究有所帮助。
2018-05-25 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum entanglement in turbulence
通过数值计算和实验研究了湍流引起的双光子轨道角动量(OAM)纠缠的衰减。为了将我们的结果与以前的工作进行比较,我们用基于Kolmogorov湍流理论的单相屏来模拟湍流大气。我们考虑两种不同的情况:在第一种情况下,只有一个光子通过湍流传播,在第二种情况下,两个光子通过不相关的湍流传播。通过比较不同OAM值下的纠缠演化,我们发现在湍流中,OAM越大,纠缠越稳定。我们推导了纠缠度随尺度参数和OAM值变化的经验公式。
2013-06-27 physics.optics quant-ph
Observing the decay of orbital angular momentum entanglement, through experimentally simulated turbulence
研究了其中一个光子在Kolmogorov湍流中传播时,轨道角动量(OAM)纠缠二体光子态的演化,并以纠缠度作为纠缠度的度量.进行量子态层析成像以针对一系列闪烁强度重建两个量子位密度矩阵。我们的结果给出了第一个直接的实验确认现有的理论,由于大气湍流的纠缠衰变。我们还展示了模式散射如何随着闪烁的增加而增加,并且我们讨论了由于大气湍流而导致的纠缠耗散对自由空间量子通信的影响。
2012-10-10 physics.optics quant-ph
Entanglement dynamics of light's orbital angular momentum under a Lorentz boost
School of Physics, University of the Witwatersrand(威特沃特斯兰德大学物理学院)
本研究探讨了在洛伦兹变换下光子轨道角动量纠缠的动力学变化,发现其纠缠特性依赖于观察者并提出关于纠缠态时空不变性的新问题。
2025-12-15 physics.optics quant-ph
Measuring two-photon orbital angular momentum entanglement
我们提出了一种方法来估计下转换光子态的两体空间纠缠量的轨道角动量和横向(径向)波矢的大小相关。在我们的框架中,这两个自由度都得到了适当的考虑,它只需要方位角局部线性光学变换和模式选择分析与两个光纤探测器。我们的方法预测的符合分布给出了一个很好的适合在最近的实验中测量的分布,旨在显示从下转换源的双光子的非常高维的横向纠缠。我们对施密特数的估计要低得多,但仍然证实了高维纠缠的存在。
2007-04-13 physics.optics quant-ph
Four-photon orbital angular momentum entanglement
两个以上粒子之间的量子纠缠对于量子力学的基础问题和即将到来的量子信息技术是必不可少的。到目前为止,已经有多达14个二维量子比特被纠缠,如果人们也可以证明两个以上粒子的高维离散特性的纠缠,那么仍然存在一个悬而未决的问题。一个有前途的路线是使用光子轨道角动量(OAM),这使得新的量子信息协议的实施,并从根本上新的量子态的研究。到目前为止,只有两个这样的多维粒子纠缠在一起,尽管维度不断增加。在这里,我们使用脉冲自发参量下转换(SPDC)产生光子四联体纠缠在他们的OAM,或横向模式的自由度,并见证真正的多体迪克型纠缠。除了解决基础问题外,这还可以在量子精密测量、成像和秘密共享方面找到应用。
2015-08-06 physics.optics quant-ph
Decoherence of orbital angular momentum entanglement in a turbulent atmosphere
利用微元传播方法,将纠缠光子态在湍流大气中的演化过程表示为一组耦合的一阶微分方程。用轨道角动量基描述态的密度矩阵。虽然分析是在单色光场的近轴极限下进行的,但形式主义是全面的,因为它不需要任何关于湍流强度的假设,并且可以包含湍流的任何光谱模型。作为比较例,考虑纠缠量子比特OAM双光子态的情况。
2010-09-28 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum-entanglement frequency transducer
纠缠态是实现量子隐形传态、安全密钥分配、计量学和量子计算等任务的重要资源。为了有效地在不同的量子系统之间建立纠缠并在它们之间共享信息,在保持其量子特性的同时在不同波长的量子态之间进行转换的频率转换器是必不可少的。在光子轨道角动量OAM自由度中编码的信息在利用单个光子的信息承载能力中是优选的,因为其尺寸是无限的。首次报道了一种工作波长为1558.3 ~ 525 nm的OAM量子比特、OAM偏振混合纠缠态和OAM纠缠态的量子换能器。非经典性质和纠缠证明以下的转换过程中进行量子断层扫描,干涉,和贝尔不等式测量。我们的研究结果表明,在光子OAM自由度中运行的不同量子系统之间创建纠缠链路的能力,这对于构建高容量OAM量子网络具有重要意义。
2016-05-30 physics.optics quant-ph
Topological robustness of orbital angular momentum entanglement in stochastic channels
University of the Witwatersrand(威特沃特斯兰德大学);Nanyang Technological University(南洋理工大学);Università di Napoli Federico II(那不勒斯费德里科二世大学)
研究揭示了OAM纠缠在随机信道中的拓扑鲁棒性,展示了其在湍流环境下的稳定性及在混合态中的持续性。
2026-03-11 physics.optics quant-ph
Slow Light Effect by Photonic Angular Momentum States
我们证明了超材料中的光子角动量态(AMS)可以用来实现慢光。光子AMS具有螺旋相位,光子的轨道角动量自由度。与传统的超材料慢光方案不同,由于螺旋相位的存在,光子自激系统对所有极化的自由空间辐射都是偶极禁戒的。通过对一种超材料设计的数值模拟,证明了该方案的可行性,即暗光子AMS的间接激发在高透射窗口中燃烧了一些透射凹陷。该慢光方案结合了暗光子自适应调制系统的独特优点,可以实现大于$\sim500$的高群折射率$n_g$。
2012-12-20 physics.optics quant-ph
Transport of Orbital-Angular-Momentum Entanglement through a Turbulent Atmosphere
我们用实验的方法证明了在大气湍流的影响下,两个光子的轨道角动量纠缠是如何演化的。我们发现,量子信道的容量是令人惊讶的强大:其典型的水平衰减距离是2公里的顺序,展示了光子轨道角动量的潜力,在大都市环境中的自由空间量子通信。
2009-09-21 quant-ph
Entanglement of Polarization and Orbital Angular Momentum
利用电磁场的两个重要自由度,即轨道角动量和自旋角动量,研究了双光子纠缠态。对于在相同方向上传播的光子,我们应用$\textit{entanglement duality}$的思想,并开发基于OAM或偏振的方案来进行$\textit{entanglement sorting}$。在每种情况下,纠缠都是使用适当的证人进行测试的。最后,我们将这些想法推广到三光子和四光子纠缠态。
2015-02-06 quant-ph
Determining the dimensionality of bipartite orbital-angular-momentum entanglement using multi-sector phase masks
利用多扇区相位分析仪可以探测自发参量下转换产生的轨道角动量纠缠的Shannon维数。我们展示了一个空间光调制器为基础的实现这些分析仪,并用它来测量施密特数约50。
2012-07-10 quant-ph
Orbital angular momentum of photons and the entanglement of Laguerre-Gaussian modes
近25年前,轨道角动量(OAM)被确定为光束的基本性质,导致了围绕这一主题的广泛研究。单光子可以携带OAM的可能性使得这种自由度成为研究复杂量子现象及其应用的理想候选者。这一方向的研究范围从复杂形式的量子纠缠实验到光与物质的量子态之间的相互作用。此外,OAM在量子信息中的使用已经产生了很多兴奋,因为它允许在单个光子上编码大量信息。在这里,我们解释了15年前导致第一个OAM量子实验的直觉。我们继续回顾一些关键实验,研究光子OAM的基本问题,以及将这些特性应用于新型量子协议的第一步。最后,我们确定了几个有趣的开放式问题,可以形成未来的调查与OAM的主题。
2016-09-14 physics.optics quant-ph
Continuous Variable Entanglement and Squeezing of Orbital Angular Momentum States
我们首次报道了一阶连续变量轨道角动量态的实验表征。利用空间非简并光学参量振荡器(OPO),我们在两个一阶拉盖尔-高斯模之间产生了正交纠缠。将OAM模族映射到轨道Poincare球上,三个轨道参数跨越了球面上的模式位置。利用非简并的OPO,我们产生了这些参数的压缩,并作为一个例子,我们重建的“雪茄形”的轨道庞加莱球上的不确定性体积。
2009-04-27 quant-ph
Universal entanglement decay of photonic orbital angular momentum qubit states in atmospheric turbulence: an analytical treatment
研究了在弱湍流大气中具有相反方位角指数$l_0$的光子轨道角动量量子比特态的纠缠演化。使用渐近方法,我们推导出解析表达式的振幅之间的模式$l_0$和$-l_0$的相干性引起的串扰。此外,我们解析地建立不同的,普遍的纠缠衰减定律Kolmogorov的湍流模型和两个近似。
2019-09-26 quant-ph
Entanglement of the orbital angular momentum states of the photons generated in a hot atomic ensemble
量子协议将更有效地与高维纠缠态。携带轨道角动量的光子可以用来产生高维纠缠态。在本文中,我们实验证明了在热原子系综中利用自发四波混频产生的Stokes光子和反Stokes光子之间的轨道角动量纠缠。实验还表明,热原子系综与Stokes光子之间存在与空间自由度有关的纠缠。
2008-07-01 quant-ph
Diffraction-induced entanglement loss of orbital-angular-momentum states
我们给出了初始最大纠缠轨道角动量双光子态在散射离开障碍物时纠缠衰减的解析表达式。我们表明,衰减控制的衍射引起的衍射场模式之间的相互重叠,并量化其依赖的大小和位置的障碍。
2018-01-11 quant-ph
Realising high-dimensional quantum entanglement with orbital angular momentum
我们报道了在南非进行的第一个量子纠缠实验。研究了纠缠光子对的空间模及其高维纠缠势。纠缠态的产生,测量和表征进行了详细的研究,在那里,我们显示了高维纠缠的希尔伯特空间的尺寸为25。我们强调了每个步骤中包含的实验挑战,并为量子领域的未来实验提供了实用技术。
2013-05-30 quant-ph
Simultaneous entanglement swapping of multiple orbital angular momentum states of light
纠缠交换在没有相互作用的粒子之间产生远程量子关联,是长距离量子通信、量子网络和量子科学基础测试的基石。在光的空间模式的背景下,高维纠缠提供了增加量子通信带宽的途径,并为量子基础的测试提供了更严格的限制。在这里,我们同时交换多个轨道角动量态光的纠缠。该系统是基于一个退化的过滤器,不能区分不同的反对称状态,因此纠缠交换同时发生几千对空间光模式。
2017-03-03 quant-ph
Transverse orbital angular momentum and polarization entangled spatiotemporal structured light
本文实验验证了横向轨道角动量不同时空拓扑荷间的正交性,并据此提出并表征了一类新型t-OAM与偏振纠缠的时空结构光,推动高维经典纠缠策略发展。
2025-02-07 physics.optics quant-ph
Entanglement of Orbital Angular Momentum States of Photons
到目前为止,纠缠的实验确认仅限于量子比特,即双态量子系统,包括最近实现的三量子比特和四量子比特纠缠。然而,越来越多的理论工作要求在更高维度的量子系统中实现纠缠。在这里,我们报告了利用光子的轨道角动量首次实现多维纠缠,光子是具有相位奇异性(甜甜圈模式)的电磁场状态。这些态的性质对于量子计算和量子通信领域的研究具有重要意义。例如,具有更高字母的量子密码可以使人们能够增加通过通信信道的信息通量。
2002-02-21 quant-ph
Experimental demonstration of fractional orbital angular momentum entanglement of two photons
非整数螺旋相位板的奇异性质允许容易地操纵光子状态的空间自由度。利用两个这样的装置,我们观察到了自发参量下转换产生的双光子的非常高维(D > 3700)的空间纠缠。
2005-06-29 quant-ph
Polarization-orbital angular momentum duality assisted entanglement observation for indistinguishable photons
本研究利用参量下转换产生的不可区分光子的偏振与轨道角动量(OAM)变量,演示了全同粒子纠缠的对偶性,提出了对偶辅助的纠缠观测方法,可验证量子不可区分性在信道中的保持,为分布式量子传感和远程纠缠生成提供研究基础。
2021-04-23 quant-ph
Entanglement and conservation of orbital angular momentum in spontaneous parametric down-conversion
研究表明,泵浦光的平面波谱向自发参量下转换产生的双光子场的四阶横向空间关联函数的转移导致了光的轨道角动量守恒和纠缠。通过一个简单的实验装置的基础上四阶(或双光子)干涉,我们表明,我们的理论模型提供了一个很好的描述携带轨道角动量的下转换字段。
2005-03-02 quant-ph
Spin-orbit hybrid entanglement of photons and quantum contextuality
我们证明了单光子和相关光子对的电磁量子态,表现出自旋和轨道角动量之间的“混合”纠缠。这些状态是从自发参量下转换发射的纠缠光子对中获得的,通过采用$q$板来耦合光子的自旋和轨道自由度。纠缠和上下文量子行为(也是非本地的,在光子对的情况下)被证明违反Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式。此外,一个经典的模拟的混合自旋轨道光子纠缠的报告和讨论。
2011-03-21 physics.optics quant-ph
Engineering of orbital angular momentum spectrum of down-converted photons with mode-invariant pump
本文研究了参量下转换过程中光子的轨道角动量谱。我们研究了泵浦模式的横向轮廓如何影响光谱相比,高斯泵浦光束。结果表明,采用理想涡旋模作为泵浦光,可以使光谱得到很大的压缩。在轨道角动量基下,我们进一步研究了两个下转换光子之间的纠缠。我们观察到,纠缠在拉盖尔-高斯模式的光子表现出更大的高维纠缠。
2019-05-07 physics.optics quant-ph
Measuring Correlation and Entanglement between Molecular Orbitals on a Trapped-Ion Quantum Computer
本研究利用离子阱量子计算机计算冯·诺依曼熵,量化强关联分子轨道间的相关性与纠缠,并通过超选择定则和噪声抑制技术实现高精度测量,发现单轨道纠缠仅在存在相反自旋开壳层组态时出现。
2025-08-06 quant-ph
Entanglement Driven Phase Transitions in Spin-Orbital Models
为了证明冯诺伊曼熵谱在量子相变中的作用,我们研究了具有负交换参数的一维各向异性SU(2)$\otimes XXZ$自旋轨道模型.在经典的伊辛轨道相互作用的情况下,我们发现了一个意想不到的新的相位Majumdar-Ghosh的自旋单重态二聚体的相关性引发的自旋轨道纠缠和$k=π/2$轨道相关性,而所有其他阶段的解纠缠。对于各向异性的$XXZ$轨道相互作用,自旋-轨道纠缠和自旋-二聚体相关性都扩展到反铁自旋/交替轨道相。这个量子相位提供了一个独特的例子,两个耦合的序参量的相变的字符从一阶连续。据此,我们建立了冯诺伊曼熵谱函数,作为识别量子相变中基元激发的基态简并度和自旋-轨道纠缠度变化的有价值的工具。
2015-06-23 cond-mat.str-el quant-ph
Resilience of orbital angular momentum qubits and effects on hybrid entanglement
光的轨道角动量(OAM)为实现量子信息的多维态(qudits)提供了一种很有前途的方法。为了表征光子的轨道角动量自由度的二维子空间中编码的量子比特的信息内容所经历的退化,我们研究了沿光束传播方向放置的横向障碍物如何影响状态保真度。重点研究了平面和径向硬边光阑函数对拉盖尔-高斯横模态保真度和偏振-OAM混合纠缠光子对纠缠特性的影响。
2011-05-04 quant-ph
Increasing the dimension in high-dimensional two-photon orbital angular momentum entanglement
利用光子轨道角动量(OAM)状态空间的固有D维纠缠的任何实际实验都受到检测系统的模式容量的影响。我们表明,给定这样的约束,测量,纠缠OAM模式的数目在光子对产生的自发参量下转换(SPDC)可以最大限度地调整相位匹配条件的SPDC过程中。我们证明了OAM相关谱的半宽增加了2倍,从10增加到20,后者意味着\approx 50维双光子OAM纠缠。利用相关性的共轭变量,角位置,我们测量并发值0.96和0.90的两个相位匹配条件,表示二分,D维纠缠,其中D是可调的。
2012-05-09 quant-ph
Measuring Qutrit-Qutrit Entanglement of Orbital Angular Momentum States of an Atomic Ensemble and a Photon
观察到了原子量子态和单光子量子态的轨道角动量态的三维纠缠。利用量子态层析术重建了它们的完整态。对Schmidt秩为3的最大纠缠态的保真度超过阈值2/3。这一结果证实了密度矩阵不能分解为施密特秩为1或2的纯态系综。即,密度矩阵的施密特数必须等于或大于3。
2009-09-12 quant-ph
Symmetry-Protected Quantum Computing using Metamaterials
George Washington University(乔治华盛顿大学);Universidad de Los Andes(安第斯大学)
提出一种结合广义Kohn定理的对称性保护相对运动量子比特、扭曲光轨道角动量控制以及超材料纳米聚焦(如Weyl半金属等离激元)的新型实用量子计算架构,其核心机制适用于任何具有抛物限制的量子计算系统。
2026-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cs.SY
Statistics of orbital entanglement production in quantum-chaotic dots
从统计的角度研究了量子混沌点中轨道纠缠电子的产生。纠缠度通过纠缠度和形成纠缠度来量化。我们利用随机矩阵理论计算了纠缠测度的完全统计分布。给出了并发分布的简单解析表达式。我们确定明确的签名的时间反演不变性的纠缠度分布的水平,如生产最大纠缠(贝尔)状态,这通过在以前的作品中,只有前两个时刻的分布进行了研究被忽视的能力,在生产纠缠。
2008-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement of orbital angular momentum states between an ensemble of cold atoms and a photon
近年来,利用集体增强技术成功地实现了原子系综与单光子的纠缠[D. N. Matsukevich,\textit{et al.},物理学评论快报。\textbf{95},040405(2005).],其中原子内态和光子偏振态以非局域方式关联。在这里,我们通过实验阐明了在原子系综和光子系统中,也存在着与空间自由度有关的纠缠。讨论了远程原子系综之间高维纠缠的产生及其在凝聚态物理中的应用。
2008-01-30 quant-ph
Quantum entanglement in the one-dimensional spin-orbital SU(2)$\otimes XXZ$ model
研究了具有SU(2)自旋交换和各向异性$XXZ$轨道交换相互作用以及负交换耦合的一维SU(2)$\otimes XXZ$模型的相图和自旋轨道纠缠.作为一个独特的特征,在纠缠的基态的自旋轨道纠缠熵在这里线性增加与系统的大小。在伊辛轨道相互作用的情况下,我们确定了一个紧急阶段与远程自旋单重态二聚体的相关性触发的四倍的轨道部门的相关性。奇异的平移不变自旋单重态二聚体相位具有有限的冯诺依曼纠缠熵,并且当包含轨道量子涨落时仍然存在。它甚至在各向同性的SU(2)$\otimes$ SU(2)极限下也存在。令人惊讶的是,对于有限的横向轨道耦合的长程自旋单重相关也共存于反铁磁自旋和交替轨道相,使这个阶段也非常规。此外,我们还发现了一个互补的轨道单态相,存在于各向同性的情况下,但不扩展到伊辛极限。纠缠的性质似乎与经常讨论的正耦合模型中发现的有本质的不同。此外,我们研究了非纠缠铁磁自旋/铁轨道基态的集体自旋和轨道波激发,并探讨了自旋轨道激发的连续性。有趣的是,人们发现在后者的激发两种模式的激子束缚态。它们的自旋-轨道关联不同于其余的连续态,并且随着系统尺寸的增加,呈现出冯诺伊曼熵的对数标度。
2015-07-25 cond-mat.str-el quant-ph
Orbital entanglement and violation of Bell inequalities in the presence of dephasing
我们讨论了介观导体中的轨道纠缠,重点是退相的影响。纠缠是通过违反贝尔不等式制定的零频率电流相关。紧接着Samuelsson,Sukhorukov和Buttiker最近的工作,我们研究了失相如何影响违反贝尔不等式的可能性,以及如何调整系统参数以达到最佳违反。
2003-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital entanglement and electron localization in quantum wires
我们研究了量子线中轨道电子纠缠产生的无序特征。无序纠缠受到电子波函数局域化和纠缠产生随机涨落的影响。这体现在并发度的统计数据中,这是对所产生的两量子比特纠缠的度量。我们计算的并发分布作为一个功能的随机矩阵的方法内的无序强度。我们还确定了显着的限制纠缠生产的结果,打破/保存的时间反演不变性。此外,我们的理论结果是独立的支持基于紧束缚模型的无序量子线的模拟。
2014-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Witnessing Spin-Orbital Entanglement using Resonant Inelastic X-Ray Scattering
Emory University(埃默里大学)
提出基于共振非弹性X射线散射(RIXS)谱构建厄米生成元,计算量子Fisher信息(QFI)以检测自旋-轨道纠缠,并扩展至有限偏振分辨的松弛QFI界。
2026-06-16 cond-mat.str-el quant-ph
Structured-light-mediated hybrid entanglement between photon polarization and electronic orbital angular momentum
Osaka Metropolitan University(大阪公立大学)
该研究提出最小量子光学方案,利用自旋 - 轨道结构双光子态激发半导体量子盘的两个通道,经有效相干映射和光子发射产生光子偏振与电子轨道角动量的混合纠缠,主方程分析表明预示态接近目标纠缠态,为相关研究提供途径。
2026-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital Angular Momentum embedded Einstein Podolsky Rosen Entanglement Generated from Cold Atoms
Einstein Podolsky Rosen(EPR)纠缠量子态不仅在量子力学的基础研究中具有重要意义,而且在量子信息的信息处理中也具有重要意义。以前的EPR纠缠态演示是用等相位波前的光子构建的。更复杂的情况下,结构化的波前还没有被调查。在这里,我们报告的第一个实验演示的EPR纠缠光子对携带轨道角动量(OAM)信息,导致OAM嵌入EPR纠缠态。我们测量了投影下的鬼干涉对相对相位的依赖性的动力学。另外,在OAM和EPR位置动量空间中重构的矩阵在高维中表现出特殊的超纠缠。
2017-09-06 quant-ph
Orbital and electronic entanglement in quantum teleportation schemes
随着更紧凑的量子计算架构的发展,需要解决关于不可区分粒子纠缠的基本问题。在固态器件中,这种探索自然与电子的量子相关性有关。本文研究了电子间的纠缠,主要讨论了模式间的纠缠、粒子间的纠缠以及粒子数超选择规则的影响。我们阐明了强关联材料中模式和粒子纠缠的形成,并表明这两者都是量子信息任务(如量子隐形传态)中的重要资源。为此,我们定性和定量地分析了三种电子隐形传态方案中的纠缠:(i)石墨烯分子内的量子隐形传态,(ii)氮空位中心和(iii)量子点阵列。
2020-10-30 cond-mat.str-el quant-ph
Orbital entanglement and violation of Bell inequalities in mesoscopic conductors
我们提出了一个自旋无关的方案来产生和检测介观正常超导系统中的两粒子纠缠。超导体与正常导体弱耦合,通过将电子对注入正常导体的不同引线来产生轨道纠缠态。纠缠是通过违反贝尔不等式,制定在零频率电流交叉振荡器。结果表明,在正常导体中,任意强退相都可以违反贝尔不等式。
2003-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Entanglement of Orbital Angular Momentum in Non-Sequential Double Ionization
我们证明了通过强关联的非顺序双电离过程(NSDI)电离的两个光电子的轨道角动量(OAM)之间的纠缠。由于OAM的量子化,这种纠缠很容易量化,并且在守恒定律方面具有简单的物理解释。我们探索检测的纠缠见证,分解成本地测量,这大大降低了实验实现的难度。我们计算了对数负测度,这是直接适用于混合态,证明纠缠是强大的非相干效应,如焦平均。使用强场近似,我们量化了大范围的目标和场参数的纠缠,为实验者隔离最好的目标。这里提出的方法提供了一种通用的方法来使用OAM量化,并在原则上,测量纠缠,这是非常适合阿秒过程,可以提高我们的理解,并可能被利用在成像过程或OAM纠缠电子的产生。
2021-11-19 physics.atom-ph quant-ph
Fingerprints of spin-orbital entanglement in transition metal oxides
介绍了过渡金属氧化物中超交换键的自旋轨道纠缠的概念,并举例说明。结果表明,自旋-轨道纠缠在超交换模型不稳定的长程(自旋和轨道)秩序,并可能导致一个无序的自旋液体状态或新的阶段,在低温下所产生的强烈受挫的相互作用。这种新颖的基态不能在常规使用的平均场论中描述,该平均场论将自旋和轨道自由度分开。即使在基态解纠缠的情况下,自旋-轨道纠缠也发生在激发态中,并且可能对有限温度下物理性质的正确描述至关重要。作为这种行为的一个重要例子,我们提出了$R$ VO $_3$钙钛矿中的自旋轨道纠缠,其中$R$ =La,Pr,.,Yb,Lu,其中这些化合物的这种有限温度特性只能使用纠缠态来理解:($i$)光谱权重的热演化,($ii$)在$R$ VO $_3$钙钛矿的相图中,轨道和磁序开始的转变温度对离子半径的依赖性,和($iii$)二聚化在磁振子谱中观察到的$C$型反铁磁相的YVO $_3$。最后,它表明,联合自旋-轨道激发在一个有序的相位与共存的反铁磁和交替的轨道顺序引入拓扑约束的空穴传播,从而从根本上改变输运性质的掺杂莫特绝缘体中的空穴运动意味着同时自旋和轨道激发。
2012-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Continuous variable entanglement with orbital angular momentum multiplexing in coherently prepared media
针对涡旋光纠缠研究多聚焦离散变量系统的问题,本文提出相干制备介质中基于拉曼散射的连续变量涡旋光纠缠理论框架,通过数值模拟确定最优条件,为多量子领域应用提供参考。
2025-07-05 quant-ph
Quantum Storage of Three-Dimensional Orbital-Angular-Momentum Entanglement in a Crystal
在这里,我们提出了三维轨道角动量光子纠缠在稀土离子掺杂晶体的量子存储。通过对存储后的Bell型不等式($S=2.152\pm0.033$)的破坏,证明了纠缠和存储过程的性质.记忆过程的保真度是$0.993\pm0.002$,这是通过三维的完整量子过程断层扫描确定的。在高维空间中存储的弱相干脉冲的可见性的评估表明,存储器是高度可靠的51个空间模式。这些结果为基于固态器件的高维多路复用量子中继器的构建铺平了道路。稀土基光处理器的多模处理能力超越了时间和光谱的自由度,这可能为光子信息处理提供一种有用的工具。
2015-08-15 quant-ph
Adaptive Entanglement-Aware Routing for Satellite Quantum Networks under Orbital and Atmospheric Variability
本文提出一种自适应纠缠感知路由框架,联合轨道几何、大气衰减及保真度、信任和密钥率权重,在卫星量子网络中实现密钥生成率最高提升275%和保真度提高15%,并具备次线性扩展与抗衰落鲁棒性。
2025-11-07 eess.SP quant-ph
Frustration and Entanglement in Compass and Spin-Orbital Models
我们回顾了轨道超交换和自旋轨道纠缠的内在挫折的后果。虽然海森堡微扰相互作用消除了罗盘模型中的挫折,但最低的柱状激发在纳米罗盘团簇中是稳健的,并且可能用于量子计算。纠缠的自旋轨道状态在某些情况下确定基态,而在其他情况下涉及激发态并导致可测量的结果,如在$R$ VO $_3$钙钛矿中。强自旋轨道耦合的在位纠缠产生了蜂窝晶格上具有丰富磁相图的受抑Kitaev-Heisenberg模型。挫折是在这里反映在空穴传播的变化,从相干的反铁磁体通过隐藏的准粒子在曲折和条纹阶段完全不相干的Kitaev自旋液体。
2014-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Deterministic distribution of orbital angular momentum multiplexed continuous-variable entanglement and quantum steering
轨道角动量(OAM)复用为提高各种量子通信协议的数据承载能力提供了一种有效的方法。在量子信道中分配OAM复用的量子资源是实现量子通信的前提。然而,OAM复用光场的量子操纵和信道噪声对OAM复用量子资源的影响仍然不清楚。在这里,我们生成OAM复用连续变量(CV)纠缠态,并将它们分布在有损或噪声信道。研究表明,在有耗和噪声信道中,携带拓扑荷$l=1$和$l=2$的OAM复用态的纠缠退相干和量子操纵特性与带$l=0$的高斯模的纠缠退相干和量子操纵特性相同.在过量噪声的存在下,高阶OAM复用态的纠缠和量子操纵的突然死亡被观察到。我们的研究结果证明了利用OAM复用CV纠缠态实现高数据承载量量子信息处理的可行性。
2022-03-30 quant-ph
Concept of orbital entanglement and correlation in quantum chemistry
量子化学的最新发展确立了轨道间的量子互信息作为电子结构的主要描述符。这已经促进了数值方法的显着改进,并可能导致化学键理论的更全面的基础。在这个有前途的发展的基础上,我们的工作提供了一个精致的讨论量子信息的理论概念,通过引入物理相关性和它的分离成经典和量子部分的电子结构的独特的量词。特别是,我们成功地量化的纠缠。有趣的是,我们对不同分子的结果表明,轨道之间的总相关性主要是经典的,提出了关于纠缠在化学键中的一般意义的问题。我们的工作还表明,实施基本粒子数超选择规则,到目前为止还没有在量子化学中解释,消除了以前看到的相关性和纠缠的主要部分。在这方面,用分子系统实现量子信息处理任务可能比预期的更具挑战性。
2021-01-17 physics.chem-ph quant-ph
Distribution of high-dimensional orbital angular momentum entanglement at telecom wavelength over 1km of optical fibre
在量子信息处理中,高维纠缠在提高信道容量和抗噪声能力方面有着巨大的潜力。然而,它的分布是一项具有挑战性的任务,对其应用施加了严格的限制。在这里,我们报告的三维轨道角动量(OAM)纠缠通过1公里长的光纤的第一个分布。利用主动稳定相位预补偿技术,我们成功地将一个三维OAM纠缠光子对中的一个光子传输到光纤中。相对于三维最大纠缠态(MES),分布式OAM纠缠态仍表现出高达71%的保真度.此外,我们证明了高维量子纠缠通过违反广义贝尔不等式而在输运过程中存活,得到了$\sim3$标准差与$I_{3}=2.12\pm0.04$的违反.我们开发的方法可以扩展到更高的OAM维数和更大的距离原则上。我们的研究结果为未来基于OAM的高维长距离量子通信迈出了重要的一步。
2019-10-29 quant-ph