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高维多设置系统的Cabello非局域性原理及其实验测试

西安中科微星 来源:西安中科微星 作者:西安中科微星 2024-11-15 16:44 次阅读

液晶空间光调制器主要由液晶光阀、驱动板、控制软件组成。其工作原理主要利用液晶的光电效应,在驱动信号的控制下,改变加载到盒内液晶分子上的电压,液晶分子发生偏转,双折射率改变,从而改变读出光在空间分布的振幅、相位或偏振态。液晶空间光调制器可以通过软件编程实现不同的调制模式,这种可编程性使得其可以在不同的应用场景中灵活使用,适应不同的光学需求。由于液晶空间光调制器的灵活性、高维调控能力和高精度测量等优势,能够有效提升实验的可操作性和数据的准确性,为研究量子非局域性提供了强有力的工具支持。

论文信息

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最近的研究进展已经将Hardy非局域性原理扩展到了多设置和多维系统,以增强量子相关性。与Hardy非局域性原理相比,Cabello非局域性原理(CNA)能够更好地阐明量子的非局域性特征。然而,关于CNA是否可能扩展到任意(k,d)场景仍然是一个悬而未决的问题。文章从理论和实验上回答了这一问题。理论上,利用兼容性图,为高维多设置CNA构建了一个新的逻辑框架,证明了非局域事件的概率将随着设置数k和维度d的增加而增加。实验上,利用空间光调制器(SLM)的可重构特性来实现纠缠浓缩和测量。具体地,通过调整加载在SLM上的闪耀相位光栅的衍射效率,减小初始态中概率幅度过高的OAM模式权重,使得制备态与与最优量子态保存一致,从而同时实现纠缠浓缩和OAM叠加态的测量。通过这种测量方案,实验结果在(2,4)场景中得到了非局域性事件的概率为20.29%,在(6,2)场景中为28.72%,证明了高维多设置Cabello定理。本文的工作展示了量子力学和经典理论之间更尖锐的矛盾,超过了原始Cabello定理对非局域性概率的限制。

部分实验过程及实验结果

利用一个355nm紫外锁模激光器作为一个3毫米厚的β-硼酸钡(BBO)晶体的泵浦源,经过自发参量下转换过程产生710nm光子对。晶体后面放置了一个长通滤波器(IF)以阻挡泵浦光束,然后使用一个非偏振分束器(BS)来分离信号光子和闲频光子。在每个下转换臂中,一个由双透镜(L1、f1 = 200 mm和L2、f2 = 400 mm)组成的4f系统将BBO的输出面成像到两个SLM(SLM A和SLM B,FSLM-2K70-VIS)上。两个SLM上分别加载设计的全息图,用于制备所需的OAM测量态和用于实现纠缠浓缩过程。随后,使用另一个4f系统(L3,f3 = 500 mm和L4,f4 = 4 mm)将SLM面重新成像到与单光子计数模块连接的单模光纤(SMF)的输入面。此外,在SMF前面放置了两个带宽为10 nm、中心波长为710 nm的带通滤波器(BF),以减少对噪声光子的检测。这两个单光子计数器的输出被连接到一个具有25ns重合时间窗的重合计数电路上。

wKgZomc3CY-AR-ZJAAOfWsw7ZH8224.pngwKgaomc3CZKANuS2AAAsfSOnH0U818.pngwKgaomc3CZiAO0BRAAO4dyC8rYs765.pngwKgaomc3CZuAa-13AACnyQRE9Ow103.pngwKgZomc3CZ6AaamVAAoVRJPjuQ4719.pngwKgZomc3CaOAeNECAABkxwQGxF4623.png

本实验中所采用空间光调制器的参数规格如下:

wKgaomc3CaiAOzsnAABCLTohufE719.png

型号
FSLM-2K70-P02
调制类型
相位型
液晶类型
反射式 灰度等级 8位,256阶
分辨率
1920×1080 像元大小 8μm
有效区域
0.69"
15.36mm×8.64mm
填充因子 87%
平整度(PV) 校准前:5λ
校准后:1λ
平整度(RMS 校准前:1/3λ
校准后:1/10λ
刷新频率 60Hz 响应时间 ≤16ms
线性度 ≥99% 配向角
相位范围 2π@633nm
Max:2.5π@633nm
光谱范围 400nm-700nm
Gamma校正 支持 相位校正 支持(450nm/532nm/635nm)
线性度 ≥99% 相位稳定度(RMS) ≤0.13π
损伤阈值 连续: ≤20W/cm²(无水冷)
≤100W/cm²(水冷)
衍射效率 637nm
72.5%@ L8
75.2%@ L16
82%@ L32
面型校正 支持(532nm/635nm) 数据接口 HDMI/DVI

写在最后

液晶空间光调制器在量子领域的应用方向也非常广泛。例如,在量子通信领域,利用SLM可以产生和调制偏振态或相位,实现量子态的编码和解码,有望提高量子通信的安全性和效率。在量子干涉、量子随机行走等量子光学实验中,利用SLM可以创造复杂的光场并进行精确控制,从而验证一些量子力学的基本原理。还有量子测量与成像、量子传感、多集高维量子系统的研究等量子领域,SLM可以发挥出更大的优势。当然这对SLM的精确度和稳定度等参数也提出了更高的要求,我司将继续钻研,不断创新,不断突破,以响应更多更广更高的需求。

审核编辑 黄宇

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