因引力子交换而见证光子与物质间的纠缠

本文提出了一种利用 Stokes 参数检测自旋量子比特与光子之间由引力量子特性引起的纠缠的方案。广义相对论的关键检验之一是由曲率导致的光线弯曲。最近，人们提出了一种该实验的量子对应方案以测试引力相互作用的量子特性，其中自旋为 2 的无质量引力子在物质与光子部分之间产生纠缠。因此，它为在实验室中测试引力的量子特性提供了最关键的实验特征之一，因为只有自旋为 2 诱导的纠缠才能产生由物质导致的正确光线偏转。在此，我们提出一个正部分转置（PPT）见证判据来见证此类纠缠。我们通过研究与纠缠相位成正比的终态重叠，来扫描该背景下的纠缠态。我们利用 Stokes 可观测量来测量光子态和物质部分中的自旋，从而在此设置中构建引力量子特性的见证。为了量化这种纠缠，我们将光子与本地振荡器耦合，其相位需要被控制以探测激光束中宏观干涉的正交分量。我们证明了，对于由引力量子特性介导的非极大纠缠态，该见证达到了 $-0.052$ 的极大负值。我们的研究结果表明，该见证能在 $0.71 \leq |\gamma| < 1$ 范围内有效检测纠缠，其中 $\gamma$ 是光子的两个相干态之间的重叠，为量子关联提供了清晰的证据。