NOON状态干扰的实验设置。PC偏振控制器、DL延迟线、CF组合滤光片、CR环行器、NZDSF非零色散移位光纤、BF带通滤波器、FM法拉第镜、P偏振片、BS分束器、D超导纳米线单光子探测器。图片来源：Light： Science & Applications （2024）。DOI： 10.1038/s41377-024-01439-9
科学家们引入了一种称为频域光子数路径纠缠的量子纠缠形式。量子物理学的这一进步涉及一种称为分频器的创新工具，该工具具有以50%的成功率改变单个光子频率的独特能力。
多年来，科学界一直在深入研究时空域光子数路径纠缠，这是量子计量学和信息科学领域的关键参与者。
这个概念涉及以一种特殊模式排列的光子，称为NOON状态，它们要么都位于一条路径中，要么位于另一条路径中，从而实现了超越传统限制的超分辨率成像等应用，量子传感器的增强，以及为需要特殊相位灵敏度的任务而设计的量子计算算法的开发。
在发表在《光：科学与应用》上的一篇新论文中，由韩国浦项科技大学物理系的Heedeuk Shin教授领导的一组科学家在频域中开发了纠缠态，这个概念类似于空间域NOON态，但有一个显着的转折：光子不是被划分为两条路径， 它们分布在两个频率之间。
这一进步导致在单模光纤中成功创建了双光子NOON状态，展示了以两倍于单光子对应物的分辨率执行双光子干涉的能力，表明了非凡的稳定性和未来应用的潜力。
频域纠缠的实验原理图。两个颜色不同的光子，红色和蓝色，被注入到由两个频率分束器构成的干涉仪中。然后，测量产生的干涉图案。b，在双光子NOON状态下测得的干涉图案，与单光子对应物相比，分辨率提高了两倍。c， 单光子态的测量干涉图案。图片来源：Dongjin Lee、Woncheol Shin、Sebae Park、Junyeop Kim 和 Heedeuk Shin
“在我们的研究中，我们将干扰的概念从发生在两个空间路径之间转变为发生在两个不同频率之间。这种转变使我们能够通过单模光纤引导两种颜色分量，从而创建出前所未有的稳定干涉仪，“本文的第一作者Dongjin Lee说。
这一发现不仅丰富了我们对量子世界的理解，也为频域量子信息处理的新时代奠定了基础。对频域纠缠的探索标志着量子技术的有希望的进步，可能会影响从量子传感到安全通信网络的方方面面。
更多信息：Dongjin Lee 等人，频域中的 NOON 状态干扰，光：科学与应用 （2024）。DOI： 10.1038/s41377-024-01439-9
期刊信息： Light： Science & Applications
量子谬论已经成为物理学的灾难！