量子系统密度矩阵的直接测量

传统量子态层析的一个缺点是它不易于访问单个密度矩阵元，因为它需要全局重构。这里我们实验演示了一种可用于直接测量一般量子态的单个密度矩阵元的方案。该方案依赖于测量三个观测量的序列，每个与上一个互补。前两次测量是弱测量以最小化它们对态造成的扰动，而最后一次测量是强测量。我们在纯态和混合态的偏振光子上执行该联合测量以直接测量其密度矩阵。弱测量通过使用两个走离晶体实现，每个晶体引起依赖于偏振的空间位移，从而耦合光子的空间与偏振自由度。这种直接测量方法为密度矩阵提供了操作意义，并有望对大维态特别有用。