探寻多光子纠缠的干涉度量学

有了量子纠缠的概念，就可以去理解“多光子纠缠干涉度量学了”。

多光子纠缠和干涉度量学就是通过干涉度量的方法实现多光子的量子纠缠。图2-4就是通过干涉形成双光子纠缠的方法：一个紫外光脉冲照射一种叫作BBO晶体，可以有一定概率产生一对光子（记作o光子和e光子）。两个光子通过在偏振分束器（PBS）上的一次干涉，就可以形成一个纠缠态|HH＞+|VV＞（即当o光子是H偏振时，e光子一定也是H偏振，反之当o光子是V偏振时，e光子一定也是V偏振）。

如果这种把双光子干涉产生纠缠的方法层层累加，扩展到更多的光子，就可以形成更多光子的纠缠。针对量子信息处理尤其是光量子计算的需求，纠缠的光子数自然是越多越好。但是随着产生纠缠的光子数越多，干涉和测量的系统也就越复杂，实验难度也就越大。

图2-4　双光子干涉和纠缠产生的光路示意图

潘建伟团队从2004年开始，通过一个个在国际上原创的多光子干涉和测量技术，一直保持着纠缠光子数的世界纪录。2004年在世界上第一个实现了5光子纠缠，2007年在世界上第一个实现了6光子纠缠，2012年在世界上第一个实现了8光子纠缠，并且保持该纪录至今。(www.xing528.com)

图2-5　潘建伟团队实现8光子纠缠的光路示意图

图2-5就是实现8光子纠缠世界纪录的光路图。每增加一个纠缠光子，光学干涉系统就要复杂1倍，纠缠产生的难度会随着光子数指数上升。因此需要不懈努力克服种种实验困难，才能够多次打破自己保持的世界纪录，在这个领域一直领先世界。我们在学生时代都视潘建伟老师为偶像，而现在的物理系有学生更直接称呼他为“潘神”了。于是这个8光子纠缠光路就像“潘神的迷宫”一样复杂、精巧、困难重重，但又引人入胜。

尽管“多光子纠缠和干涉度量学”获得了国家自然科学一等奖，但这仅仅是潘建伟院士团队的一部分工作。2016年，该团队承担研制的世界首颗“量子科学实验卫星”将发射升空，将实现世界首个星地间的量子保密通信和量子隐形传态。同时该团队主导建设的世界首个量子保密通信主干网络“京沪干线”也即将建成，将推动量子保密通信进入军事、金融，互联网数据中心等各个行业之中。

在量子计算领域，该团队不久前和阿里巴巴合作成立了“中国科学院—阿里巴巴量子计算联合实验室”，在保持光量子计算世界领先地位的同时，将大大提高我国量子计算整体研究水平。我们有理由期待潘建伟院士的团队在未来会带给这个世界更多的惊喜。