7、线性光学量子态测量与量子情境性研究

线性光学量子态测量与量子情境性研究

在量子信息领域，线性光学是研究量子态的重要手段。本文将介绍光子量子态的测量方法，以及量子非定域性与情境性之间的关系。

1. 光学量子态测量

在量子信息处理中，提取光子中编码的量子信息并将其转换为经典信息至关重要。由于偏振量子比特与其他量子比特的方便耦合，偏振量子比特常被用作测量其他自由度量子信息的媒介。

1.1 偏振模式测量

偏振量子比特的测量本质上是演化的逆过程。偏振分束器可以区分水平和垂直偏振的光子，演化后的目标状态通常为 |H⟩ 和 |V⟩。对于光子，如果要对 |ψ⟩pol = ˜U |H⟩ 进行投影测量，可以在偏振分束器前放置波片组来实现 ˜U⁻¹。这样，光子最终会转换为 |H⟩ 并透过偏振分束器。通过光纤收集和单光子检测进行光子计数，然后对计数率进行归一化或使用量子态层析来获得测量概率或重建初始光子波函数。此外，由于测量时检测光子到 |H⟩ 和 exp(iφ) |H⟩ 没有区别，与任意幺正演化相比，偏振测量可以进一步简化，只需要四分之一波片和半波片：
˜U⁻¹arb = exp(iφ)UHWP(θ2) UQWP(θ1)

常见偏振态测量的波片角度设置如下表所示：
| 目标状态 | QWP 角度 θ1/° | HWP 角度 θ2/° |
| ---- | ---- | ---- |
| |H⟩ | 0 | 0 |
| |V⟩ | 0 | 45 |
| |D⟩ = (|H⟩ + |V⟩)/√2 | 45 | 22.5 |
| |A⟩ = (|H⟩ - |V⟩)/√2 | 45 | -22.5 |
| |L⟩ = (|H