测量光子的方位角与径向模式

随着量子通信领域的出现，用于编码信息的光子自由度的恰当选择至关重要。人们已经开发了用于测量光子偏振、频率和到达时间的高度精确技术。然而，横向空间自由度仍缺乏一种能够以简单实现和高精度重建其完整横向结构的测量方案。在此我们展示一种使用单个相位屏以超过 99% 的精度测量拉盖尔-高斯光束方位角和径向模式的方法。我们将我们的技术与先前常用方法进行比较，并展示其在光的高维量子态的量子密钥分发和态层析中所呈现的显著改进。此外，我们的技术可轻易推广到任意空间模式族，例如互无偏基、厄米-高斯和因斯-高斯。我们的方案将显著增强现有利用光空间结构的量子和经典通信协议，并使基于空间模式纠缠的基础实验充分发挥其潜力。