互补性揭示两个扭曲光子的束缚纠缠

我们首次见证了两个光子 qutrit 束缚纠缠的产生，其存在由 Horodecki 家族于 1998 年预言。利用自然的一个关键概念——互补性，可以探测这些高度混合的纠缠态，从中无法蒸馏出纯纠缠。这捕捉了经典世界与量子世界之间最反直觉的差异之一，例如，众所周知的波粒二象性仅仅是互补可观测量的一个例子。我们的协议利用了可观测量之间的最大互补性：对其中一个测量结果的了解排除了对另一个测量结果的任何了解。它能够在任意高维系统中充分探测纠缠，包括最具挑战性的情况——束缚纠缠的探测。为此，我们操控了“扭曲”孪生光子的轨道角动量自由度。我们实验证明的“最大互补性协议”非常通用，适用于所有维度和任意数量的粒子，从而实现了高维量子信息中简单的纠缠测试，并开启了理解这类纠缠在自然界中意义的探索。