基于Bell对的双光子纠缠光谱学技术发展

我们介绍双光子纠缠光谱学 (BELS)，这是一种采用偏振纠缠Bell对和两光子干涉来探测物质性质的量子光谱技术。在 BELS 中，测得的信号并非来自单光子强度，而是来自通过或被样品散射的Bell对的联合偏振和路径关联性变化，通过交叉信道关联进行分析。BELS 的关键概念是Jones 矩阵操作与Bell 态流形中的变换之间的显式映射。在经典偏振光学等价的光学元件在使用纠缠光子时，可产生在关联景观中质量上不同的信号。我们演示了线性双折射和法拉第旋转会产生Bell态的正交混合，yielding 在单次测量中可实验辨别的关联信道。我们测量了各向异性介质中的双折射和 $\text{Tb}_3\text{Ga}_5\text{O}_{12}$ 中的法拉第旋转。通过将变化映射到光子纠缠，BELS 建立了一种新的框架，用于未来的纠缠增强光谱学，这可能是一种强大的手段，用于表征量子材料、纳米光子器件和光-物质相互作用，或许最终在根本上量子层面上。