一個僅由兩個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡構(gòu)成的簡單激光器用于產(chǎn)生高維經(jīng)典糾纏光，這是一種最新的技術(shù)狀態(tài)，與二維貝爾狀態(tài)的流行范例有所不同。該方法將內(nèi)部生成，原理上不受限制的原理與外部控制相結(jié)合，從而可以模制用戶定義的狀態(tài)。這里顯示的是二維Bell（左）和高維狀態(tài)（右）的示例，其中包括著名的GHZ狀態(tài)。圖片來源：陳一杰，以撒·納佩，楊錫林，邢福，馬里恭，達(dá)里爾·奈多和安德魯·福布斯

裁切光就像裁縫布，切割和剪裁以將平淡的織物變成具有所需圖案的織物一樣。在光的情況下，剪裁通常是在空間自由度上進(jìn)行的，例如其幅度和相位（光的圖案）及其偏振，而切割和剪裁可以通過空間光調(diào)制器和類似。這個迅速發(fā)展的領(lǐng)域被稱為結(jié)構(gòu)化光，它正在限制我們可以做的光的極限，使我們能夠看到更小，更緊湊的焦點(diǎn)，更寬視野的圖像，更少光子的探測以及將信息打包成光新的高帶寬通信。結(jié)構(gòu)光也已用于測試經(jīng)典量子邊界，從而突破了經(jīng)典光對量子過程的作用極限，反之亦然。這為創(chuàng)造具有類似量子性質(zhì)的經(jīng)典光提供了一種有趣的可能性，就好像它是經(jīng)典地糾纏的一樣。但是，如何創(chuàng)建和控制這種光狀態(tài)，又可以將極限推到多遠(yuǎn)呢？

用于構(gòu)造來自激光器的光的主流工具因所需的專用激光器的復(fù)雜性而受阻，通常需要定制的幾何形狀和/或元素，而僅使用圖案和偏振的主流二維范例意味著訪問二維經(jīng)典糾纏光，模仿1和0的量子量子位。一個例子就是眾所周知的量子鐘形，如圖1所示（左），經(jīng)典光表現(xiàn)為矢量結(jié)構(gòu)光，結(jié)合了圖案和偏振兩個自由?度。這兩個自由度模擬了量子位量子態(tài)的兩個維度。要創(chuàng)建更高的尺寸，需要在看似僅限于兩個的系統(tǒng)中找到更多的自由度。

中國和南非的科學(xué)家在他們的論文高維多粒子經(jīng)典糾纏光的創(chuàng)建和控制中報告了如何直接從激光中創(chuàng)建任意維的量子類經(jīng)典光。他們使用大多數(shù)大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中可用得非常簡單的激光來顯示八維經(jīng)典糾纏光，這是一個新的世界紀(jì)錄。然后，他們繼續(xù)操縱和控制這種類似量子的光，創(chuàng)建了第一個古典糾纏的格林伯格-霍恩-澤林格（GHZ）狀態(tài)，這是一組相當(dāng)著名的高維量子態(tài)，如圖1所示。

清華大學(xué)的陳博士說：理論家們長期以來就提出了類量子光可以實(shí)現(xiàn)的所有應(yīng)用，但是缺少任何創(chuàng)建和控制步驟阻礙了任何進(jìn)展?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)展示了如何克服這一障礙。大學(xué)（現(xiàn)為南安普敦大學(xué)高級研究員），論文的主要作者。

傳統(tǒng)上，來自激光器的奇異結(jié)構(gòu)光需要同樣奇異的激光系統(tǒng)，或者具有定制元素（例如元表面）或定制幾何形狀（例如基于拓?fù)涔庾樱Ｗ髡咧圃斓募す馄鲀H包含增益晶體，并且遵循教科書設(shè)計，僅帶有兩個現(xiàn)成的反射鏡。他們的優(yōu)雅解決方案本身就是建立在嵌入量子力學(xué)的原理之上：射線波對偶。利用所謂的射線波對偶激光器，作者可以通過簡單的長度調(diào)整來控制激光器內(nèi)部的路徑和偏振。

根據(jù)項(xiàng)目主管福布斯教授的說法，值得注意的是，不僅我們可以創(chuàng)建如此奇特的光狀態(tài)，而且它們的光源就像您所能想象的一樣簡單，僅需幾個標(biāo)準(zhǔn)就可以了。鏡子。 作者意識到關(guān)鍵的額外自由度就在他們眼前，只需要一個新的數(shù)學(xué)框架就可以識別它們。該方法允許通過簡單地標(biāo)記由激光產(chǎn)生的波狀射線，然后用空間光調(diào)制器從外部控制它們，將其成型以形成原理，來創(chuàng)建任何量子態(tài)。從某種意義上說，激光產(chǎn)生了所需的尺寸，而隨后的調(diào)制和控制則將結(jié)果塑造成某種所需的狀態(tài)。為了證明這一點(diǎn)，作者制作了所有GHZ狀態(tài)，

由于沒有人創(chuàng)造過這種高維經(jīng)典糾纏光，因此作者不得不發(fā)明一種新的測量方法，將高維量子態(tài)的層析成像技術(shù)轉(zhuǎn)化為適合其經(jīng)典光類似物的語言和技術(shù)。結(jié)果是對經(jīng)典糾纏光進(jìn)行了新的層析成像，揭示了其超出標(biāo)準(zhǔn)二維的類量子相關(guān)性。

這項(xiàng)工作為創(chuàng)建和控制具有類量子特性的高維經(jīng)典光提供了一種有力的方法，為在量子計量學(xué)，量子誤差校正和光通信以及令人興奮的量子力學(xué)基礎(chǔ)研究等激動人心的應(yīng)用中鋪平了道路。更通用的明亮古典光。