高禄：量子“橡皮擦” 学术资讯

量子纠缠是量子力学的本质问题。量子纠缠的概念由爱因斯坦于1935年首次提出，直至20世纪末，利用非线性晶体参量下转换过程实验获得了纠缠光子对，使量子纠缠的实验研究成为可能，自此针对量子纠缠特性的实验研究得到了物理学领域的广泛关注。目前基于量子纠缠特性的研究包括量子成像、量子通讯以及量子雷达等。

针对量子纠缠这一量子力学领域的国际前沿问题，我校数理学院高禄副教授与加拿大渥太华大学张映闻博士及以色列巴依兰大学Eliahu Cohene博士等合作，提出了量子“橡皮擦”原理，并在实验上获得了成功。研究成果于2019年7月发表在物理学领域国际权威期刊《Applied Physics Letters》，并被遴选为封面文章。研究取得了以下创新性认识：

1、首次提出量子“橡皮擦”原理并通过实验验证。将产生的偏振纠缠光子对空间分离，分别进入两个偏振干涉仪。由于光子对的特殊偏振纠缠特性，当一个光子被单光子探测器（SPAD）接收并触发另一个光子所在光路的单光子面阵照相机（ICCD）时，可以观测到纠缠光子之间的非定域干涉。将一个透明的相位物体放置在一个偏振干涉仪中，系统的干涉被破坏，此时相位物体的轮廓可以被观测到；若在另外一个偏振干涉仪中对称地放置一个相同的相位物体时，两个相位物体空间重叠部分干涉效应将恢复，从而实现量子图像擦除。

2、提出了高稳定性的FI（Franson Interference）干涉仪光路设计方案。在两个空间分离的光路中，通过搭建Sagnac干涉仪使实验装置中的偏振干涉仪在量子符合测量中长时间保持稳定。与传统的基于M-Z干涉仪的FI光路相比，该方案的稳定性和实验效率均显著提升。

3. 量子图像擦除技术在量子信息领域具有重要的应用价值，有望应用于量子成像中的显微测量技术，可对透明或半透明观测物体实现非定域的相位修正；也可应用于量子通讯中的密钥传输，对信息发送者和接收者进行非定域远程身份识别，提高量子信息传输的安全性。

该研究成果首次实验证明利用纠缠光子对的非定域特性可以对测量物体的相位信息进行远程调控，量子非定域图像擦除的实验方案在量子显微成像、量子密钥传输等技术领域具有广泛的应用前景。

图 1 量子“橡皮擦”原理图

图 2 实验装置图

图 3 实验结果图

上述研究成果发表在物理学领域国际权威刊物《Applied Physics Letters》上: Lu Gao, Yingwen Zhang, Eliahu Cohen, Avshalom C. Elitzur, and Ebrahim Karimi. Nonlocal quantum erasure of phase objects, Applied Physics Letters, 115, 051102.

全文链接：https://doi.org/10.1063/1.5108615.

封面链接：https://doi.org/10.1063/1.5121387