百万维光子态的直接测量

获取光子所携带的海量信息是量子计量科学与量子光子学研究中长期存在的挑战。光子的横向空间态是一种便于研究的高维量子系统，因为它具有明确定义的经典类比，即光束的横向复场分布。目前所有可用量子计量技术的一个严重缺陷是需要耗时的表征过程，且该过程随量子系统维度的增加而急剧恶化。在此，我们展示了一种在单次设置中直接测量百万维光子空间态的技术。通过安排动量的弱测量与位置的并行强测量，整个光子态矢量的复数值变得可直接测量。我们所测态的维度比此前测量的结果大约高出四个数量级。我们的工作为实时表征高维量子系统开辟了一条实用途径。此外，我们的演示也可作为一种高速、极高分辨率且无歧义的复场测量技术，服务于多种经典应用。