EXPRESS LETTER

Manipulating the Spatial Structure of Second-Order Quantum Coherence Using Entangled Photons

Shuang-Yin Huang(黄双印), Jing Gao(高菁), Zhi-Cheng Ren(任志成), Zi-Mo Cheng(程子默), Wen-Zheng Zhu(朱文正), Shu-Tian Xue(薛舒天), Yan-Chao Lou(娄严超), Zhi-Feng Liu(刘志峰), Chao Chen(陈超), Fei Zhu(朱飞), Li-Ping Yang(杨立平), Xi-Lin Wang(汪喜林), and Hui-Tian Wang(王慧田)

Chin. Phys. Lett. 2024, 41 (7): 074205

DOI: 10.1088/0256-307X/41/7/074205

文章亮点

基于空间结构纠缠光子对，从理论和实验上两方面实现了对二阶空间量子相干度g⁽²⁾在0 (双光子反聚束)和2 (聚束)之间的空域主动调控，并展示了g⁽²⁾抗强度干扰能力。

实验装置及结果图。左图：通过将偏振纠缠转换为光子位相空间结构纠缠实现对二阶空间量子相干度g⁽²⁾的主动调控实验装置。右上：|+2⟩|+2⟩+|-2⟩|-2⟩轨道角动量双光子纠缠态的g⁽²⁾实验结果。右下：在ICCD探测路加上双竖缝强度干扰之后，二阶空间关联函数G⁽²⁾被严重干扰，g⁽²⁾基本保持不变，具有抗强度干扰能力。

光子二阶空间量子相干性的主动调控

研究背景

光子高阶量子相干性揭示了光作为粒子的量子统计关联特性，在时域已得到深入研究和广泛应用，例如，利用HBT干涉测量光子二阶量子相干性可以很好地表征光源的单光子属性，已成为一种标准测量方法。与时域相对应的空域，在调控和应用光子的研究中应当具有同样重要的地位。近年来，光子空间高阶量子相干性开始得到越来越多的关注，在量子成像、量子全息和量子显微等应用中崭露头角，发挥出重要作用。然而，光子空间高阶量子相干性的主动调控仍然是一个挑战。

内容简介

最近，南京大学王慧田和汪喜林研究组与东北师范大学杨立平课题组合作，首次在理论和实验上展示了光子二阶空间量子相干性的主动调控。通过q板和空间光调制器将偏振纠缠光子转换为任意空间位相结构纠缠。基于ICCD相机和结合扇形扫描开口的单光子探测器实现具有空间结构纠缠双光子的二阶空间量子相干度 g⁽²⁾的测量，展示通过操纵空间结构纠缠主动调控双光子在空域聚束态和反聚束态的转换。更进一步，演示双光子二阶空间量子相干度g⁽²⁾具有抗强度干扰的能力。

研究意义

在空间域中对光子高阶量子相干性的主动调控，对开展基于高阶相干性的量子信息和量子光学研究具有重要意义，其固有的抗强度干扰能力有望在量子成像和量子全息研究中发挥独特作用。

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