16、量子技术：开启第二次量子革命

量子技术：开启第二次量子革命

1. 贝尔测量与量子网络基础

在量子领域，极化探测器可将单个光子的极化状态投影到任意极化轴上。但对于诸如量子隐形传态和纠缠交换等特定协议，我们需要一种双光子探测器，它能将光子投影到一种名为贝尔基的双光子极化基上。

1.1 贝尔基与贝尔态

贝尔基由双光子贝尔态定义，存在四种双光子纠缠态，即贝尔态，例如 (|\Psi^{\pm}\rangle_{AB} = |H\rangle_A|H\rangle_B \pm |V\rangle_A|V\rangle_B) 和 (|\Phi^{\pm}\rangle_{AB} = |H\rangle_A|V\rangle_B \pm |V\rangle_A|H\rangle_B) 。借助极化旋转器和波片，我们能够将任意一种贝尔态转换为其他贝尔态。这里，下标 (A) 代表爱丽丝的光子，(B) 代表鲍勃的光子。

1.2 贝尔测量及其结果

对于单光子，我们主要关注将其投影到 (H/V) 或 (\pm45^{\circ}) 这两种极化基态之一。而对于两个纠缠光子，我们更关心将它们的联合状态投影到上述四种贝尔基态之一。能够实现这一功能的设备即可进行贝尔测量。若探测器正常工作，测量时，入射的双光子状态会随机坍缩为四种贝尔态之一。如同单光子测量有两种结果（对应 (H/V) ），贝尔测量有四种结果，可用四个经典数字 1、2、3、4 表示，写成二进制则为 00、01、10、11。在量子隐形传态中，爱丽丝需要将这四个数字中的一个传输给鲍勃，以完成量子态的传输。

1.3 贝尔测量的成功率问题

若仅使用分束器和极化旋转器进行贝尔测量，测量成功率仅为 50