首个三光子颜色纠缠W态问世

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据物理学家组织网近日报道，美国研究人员首次让3个光子的颜色相互纠缠，构建出一种名为W态的量子力学状态。在这种状态下，即使3个光子中一个光子“走丢了”，有些纠缠态仍会保存下来，因此有望应用于量子通信领域。而且，研究人员称，这种纠缠态也使新奇的量子应用和基础物理测试成为可能。

为了创造出这种状态，伊利诺伊大学香槟分校的研究人员将激光照射进玻璃纤维内。通过一个名为“自发四波”混合的过程——4个激光光子与光纤相互作用，然后湮灭——产生两对不同颜色的光子（例如，两对红色和绿色光子）。这4个光子被用来构造3光子W态。其中一个为绿色，剩下3个构建出这种3光子W态——由两个红色光子和一个绿色光子的所有可能迭代组成。

这项工作的独特之处在于，研究人员使用光子的颜色（能量）作为纠缠自由度，而之前的研究使用光子的偏振。由于光子的能量不会轻易变化，这就降低了能量纠缠W态在长距离传播时产生误差的可能性。通过测量双光子子系统的信息，研究人员首次验证了这种状态。研究发表于《物理评论快报》杂志。

研究人员方斌（音译）指出：“科学家们以前曾创造过偏振纠缠的W态，但最新研究是在光纤中产生的第一个离散的能量纠缠W态和第一个3光子纠缠态。与其他类型的3粒子纠缠相比，W态对于量子通信很有用，因为如果一个光子丢失了，另外两个光子会保留一些纠缠，这意味着通信可以继续。”

研究负责人、维吉尼亚·洛伦茨说：“这项研究的另一个新方面是，我们提出了一种直接证明W状态存在的方法。”