混沌的光斑：光被諸多如多模光纖之類的復(fù)雜介質(zhì)擾亂后而產(chǎn)生的圖案

在使糾纏光通過一條2米長的多模光纖之后，研究人員成功地將該糾纏光恢復(fù)到了原狀。

通過無序（或“復(fù)雜”）介質(zhì)（如大氣霧氣或多模光纖）的光會以已知方式散射。結(jié)果就是，光攜帶的信息雖然能夠得以保留，但會失真。因此，需要額外的步驟來獲取這些信息。當(dāng)傳輸?shù)氖羌m纏光時，這就變得十分棘手，因為介質(zhì)會擾亂量子相關(guān)性。狀態(tài)被“加擾”，要找回原來的糾纏態(tài)就必須得先“解擾”。

糾纏解救糾纏

為理解復(fù)雜介質(zhì)，物理學(xué)家使用傳輸矩陣（即一個二維復(fù)數(shù)陣列），來預(yù)測任何物質(zhì)通過介質(zhì)后的結(jié)果。傳輸矩陣?yán)碚?，再加上技術(shù)中的一些關(guān)鍵發(fā)展，直至最近才使得經(jīng)典光可通過復(fù)雜介質(zhì)傳播。在這項研究中，愛丁堡的研究團(tuán)隊將傳輸矩陣的概念，拓展應(yīng)用到了量子光學(xué)領(lǐng)域。

一種被稱為“信道狀態(tài)對偶性”的屬性讓研究人員得以僅使用一個量子糾纏態(tài)（一對屬性相互關(guān)聯(lián)的光子），作為探針來提取介質(zhì)的完整傳輸矩陣。這與構(gòu)建矩陣的經(jīng)典方式不同。經(jīng)典方式須讓多個光探針穿過介質(zhì)，來獲得完整的矩陣。

當(dāng)他們知道介質(zhì)如何加擾信息后，研究人員就可以使用相同的矩陣來消除介質(zhì)的影響。在這里，糾纏又一次使出了巧妙花招：和解擾通過光纖的光不同，研究人員可以加擾其“糾纏孿子”，從而無需穿過介質(zhì)就可以得到相同的結(jié)果。他們使用名叫“空間光調(diào)制器”（SLM）的設(shè)備對光進(jìn)行加擾。該設(shè)備可以影響光場分布。

處理更高維度

與二維量子位相比，高維度糾纏態(tài)具有更大潛力，因為它們可以攜帶更多信息，對噪聲也具有更強(qiáng)的魯棒性。但是這些狀態(tài)也更容易受到環(huán)境變化的影響。

該研究通過對空間中六維糾纏態(tài)保留的描述，解決了量子光學(xué)中的一個重大難題?！傲孔游患m纏已經(jīng)擁有該技術(shù)，可以處理不受信道影響的自由度（如偏振化）。但是，當(dāng)涉及到高維度糾纏態(tài)時，空間模式編碼就存在很多問題，”馬利克解釋說。像波前畸變這樣簡單的東西也可能會擾亂信息。

為創(chuàng)建和測量高維度糾纏態(tài)，物理學(xué)家經(jīng)常使用的一個概念叫做空間自由度。在這項研究中，研究小組以空間“像素”為基礎(chǔ)。他們將連續(xù)的位置空間劃分為離散的區(qū)域或像素。這樣一來，如果在一個結(jié)構(gòu)中的第一個像素內(nèi)檢測到光子，那么在另一個結(jié)構(gòu)中的第一個像素內(nèi)也應(yīng)該能檢測到這個光子的糾纏孿子。像素的數(shù)量決定了系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大糾纏維度。像素基點(diǎn)在質(zhì)量、速度和維度方面，表現(xiàn)都十分出色。更重要的是因為，空間光調(diào)制器可以實現(xiàn)精確且無損的控制。

對量子技術(shù)的影響

除了增加糾纏態(tài)的維度和解決長光纖中的色散等問題之外，該研究團(tuán)隊也在探索，如何將復(fù)雜信道等同于量子態(tài)的想法應(yīng)用于簡化攜帶大量信息量子態(tài)的測量。

研究團(tuán)隊還在他們的論文中提到，該技術(shù)甚至可以用于在生物組織等動態(tài)介質(zhì)中傳輸高維度糾纏。糾纏光也可以通過兩個獨(dú)立的信道發(fā)送，控制其中任一一個信道都可以影響整個狀態(tài)，當(dāng)然也就會影響另一個信道。研究人員寫道：“這種功能或許可以在量子網(wǎng)絡(luò)場景下或非侵入性生物成像中發(fā)揮作用。因為在這些情況下，觸達(dá)復(fù)雜系統(tǒng)的每一個部分可能不太現(xiàn)實。”

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：糾纏本身不會糾纏光

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