追踪近场光子qubit向高维qudit的演化：通过量子态 tomography

量子纳米光子学为控制量子态提供 essential工具，同时保持微型化形式因素和高可扩展性。例如，纳米光子平台可将来自传统自由度（DoF）的信息，如自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM），传输到纳米光子平台的DoF中——反之亦然，为量子信息处理开辟了新方向。近期实验利用光子总角动量（TAM）作为独特手段在纳米光子平台上产生纠缠qubit。然而，传输信息在自由空间DoF与TAM之间的过程从未被探究，其影响仍未为人知。本文揭示了单光子在耦合进入纳米光子系统近场并从中释放时的量子信息演化。通过量子态tomography，我们发现近场中的TAM qubit转化为在光子SAM和OAM中纠缠的自由空间qudit。提取的密度矩阵和Wigner函数表明自由空间的准备保真度超过97%。本文所述概念为在芯片上开发高维量子电路提供了新概念和方法。