跟踪下转换光子传播中的相位纠缠

通过随机参量下转换产生的光子对之间的横向空间相关性形式的高维纠缠，不仅是许多学术和实际应用中宝贵的资源，还为访问若干有趣的量子现象提供了途径。其中一种非直观的现象是相位纠缠，其双光子态在其波函数复振幅中具有相关性。这种状态在双光子波函数的传播过程中会产生，然而它既不具备位置或动量相关性，却保持着完整的纠缠。本文中，我们以两种不同方式实验探索了该状态。第一种方法是通过跟踪在传播距离为 $\left[0,\infty\right)$ 区间内（通过单透镜成像折叠为有限范围）的空间光子数相关性消失的轨迹。这些观察结果与基于双高斯 (Double Gaussian, DG) 近似的双光子态的理论预测表现出色。第二种方法涉及使用双狭缝和该状态进行双光子干涉实验，从而揭示了相关相位前沿。我们在理论和实验方面表明，观察到的双光子干涉结构与位置相关光子产生的干涉结构明显不同，经计算得到的双光子干涉结构 (joint probability distribution of photons, JPD) 及相关指标均已确认。这类使用相位纠缠光进行干涉的实验以前从未尝试过，为领域内的高级实验和应用开辟了新途径。