8、三光子Greenberger - Horne - Zeilinger纠缠的实验观测

三光子Greenberger - Horne - Zeilinger纠缠的实验观测

在量子力学的研究领域中，量子粒子间的纠缠现象一直是科学家们关注的焦点。自爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的开创性工作以来，人们一直在探索如何实现量子粒子间的纠缠。虽然两粒子纠缠早已在实验中得到证实，但三粒子及以上的纠缠制备仍是一个实验挑战。今天，我们就来深入探讨三光子Greenberger - Horne - Zeilinger（GHZ）纠缠的实验观测。

研究背景与动机

量子粒子间的纠缠是量子力学中最神秘且重要的现象之一。两粒子纠缠的实验验证为量子力学的发展奠定了基础，但多粒子纠缠的研究具有更深远的意义。

一方面，Greenberger、Horne和Zeilinger发现，多于两个粒子的纠缠会导致量子力学的非统计预测与局域实在论产生冲突，这与两纠缠粒子测试贝尔不等式时仅在统计预测上产生冲突不同。

另一方面，随着量子通信和量子信息处理领域的发展，多粒子纠缠成为许多量子通信和计算协议的关键特征，这大大增加了产生GHZ态的需求。

实验方法与原理

本次实验基于之前在量子隐形传态和纠缠交换实验中发展的技术。其核心思想是将两对偏振纠缠光子转化为三个纠缠光子和一个独立光子。

实验中，通过频率倍频、锁模钛蓝宝石激光器发出的短脉冲紫外光（约200 fs，波长394 nm）穿过非线性晶体（β - 硼酸钡，BBO）来产生偏振纠缠光子对。每脉冲产生一对处于所需模式的光子对的概率很低，约为几个10⁻⁴。产生的光子对处于如下偏振纠缠态：
[
\frac{1}{\sqrt{2}}(\vert H\rangle_a\vert V\r