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南京大学彭茹雯教授、王牧教授团队最新Physical Review Letters:基于超表面的干涉诱导纠缠工程!

2026-02-16 08:13:56

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基于超表面的干涉诱导纠缠工程

论文信息

南京大学彭茹雯教授、王牧教授团队提出了一种全新的集成化纠缠工程方案，旨在解决量子系统小型化与集成化的核心难题。该团队设计了一种具有几何尺度诱导相位梯度的多通道超表面，通过双光子量子干涉与后选择相结合的原理来实现功能：将两个初始非纠缠、仅偏振态正交（如 |H⟩ 和 |V⟩）的全同光子入射到该超表面，其多通道结构（本工作中 N=7）使每个光子经历特定的偏振变换（通道 Jones 矩阵 Ĵ_m）；当两光子路径不可区分时，其在不同输出通道对（共 N(N-1)/2 对）发生量子干涉，从而在后选择条件下主动生成偏振纠缠态。实验上，团队成功利用该单个超表面实现了四种贝尔态在全部21个通道对上的可控生成与分发，验证了超表面作为紧凑、可扩展量子纠缠源用于构建全连接量子网络的巨大潜力。

研究成果于2026年1月13日以题为“Interference-Induced Entanglement Engineering on a Metasurface”发表在《Physical Review Letters》上。

图文速览

图1：偏振纠缠转换与单超表面分发示意图。

图2： (a) 制备的超表面扫描电子显微镜图像。(b) 当输入单光子态分别为 |H⟩（输出态用球体表示）和 |V⟩（输出态用棱锥表示）时，7个输出通道在庞加莱球面上对应的斯托克斯参数。偏振椭圆图示了每个输出通道的偏振态。偏振椭圆的颜色与庞加莱球上符号的颜色，对应于 (c) 图中测量曲线的颜色。(c) 当输入单光子态分别为 |H⟩（圆点）和 |V⟩（三角）时，7个输出通道 (CH₁, CH₂, …, CH₇) 测得的符合计数随四分之一波片旋转角度的变化关系。

图3：超表面在 |HV⟩ 入射下产生四种贝尔态并分发给21个通道对的实验演示。

图4：(a) 表格显示了当输入态分别为 |HV⟩ 和 |AD⟩ 时，每个通道对的输出态。(b) 量子态层析测量中四个输出态重建密度矩阵的实部：|Ψ₃,₇⟩ = (|HH⟩ − |VV⟩)/√2，|Ψ₁,₇⟩ = (|HH⟩ + |VV⟩)/√2，|Ψ₁,₆⟩ = (|HV⟩ − |VH⟩)/√2，以及 |Ψ₆,₇⟩ = (|HV⟩ + |VH⟩)/√2。(c) 当输入双光子态变为 |AD⟩ 时，由图2中超表面产生的21个态的测量保真度。

文献来源

DOI: https://doi.org/10.1103/mzmv-7x98

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