研究人员观察到菱形晶格中光子局域化概率为偶数

摘要：关联光子的行为对于推进量子技术发展具有巨大潜力，研究人员目前正在探索如何精确控制它们在复杂结构中的相互作用。Rishav Hui、Trideb Shit 和 Marco Di Liberto 与印度科学研究所和帕多瓦大学的同事合作，在特殊设计的光子晶格中实验构

关联光子的行为对于推进量子技术发展具有巨大潜力，研究人员目前正在探索如何精确控制它们在复杂结构中的相互作用。Rishav Hui、Trideb Shit 和 Marco Di Liberto 与印度科学研究所和帕多瓦大学的同事合作，在特殊设计的光子晶格中实验构建了多光子态（称为 NOON 态）。他们的工作揭示了这些态如何表现出令人惊讶的局域化和离域化特性，这些特性取决于光子数量及其相对相位，在特定条件下局域化的概率达到 50%。这种在晶格内操纵关联光子的能力，代表着朝着构建能够执行复杂量子计算和安全通信的复杂光子网络迈出了重要一步。

光子晶格中的 NOON 态传播

本研究探究了路径纠缠光子对（以NOON态描述）在光子晶格中的行为方式。这些晶格采用精心设计的光子结构构建，以独特的方式操控光的传播。NOON态将干涉测量的精度提升至超越经典极限的水平，但在穿过复杂材料传播时保持其脆弱的量子相干性是一项重大挑战。本研究旨在满足开发用于量子传感和计量应用的稳健量子系统的需求。传统干涉仪受固有噪声限制，限制了其可实现的精度。

NOON态提供了一种克服这一限制的途径，但它们易受退相干的影响，阻碍了实际应用。因此，了解NOON态在特定设计的光子环境中如何演化，对于充分发挥其潜力至关重要。研究人员旨在观察晶格结构如何影响NOON态的纠缠和相干性，并确定导致其保持或退化的因素。通过精确控制晶格参数并监测输出状态，该团队力求深入了解这些系统中控制量子传输的基本机制，并建立一条构建更具弹性的量子器件的途径。

为了通过实验模拟这些状态，研究人员开发了一种使用具有可调相对相位的相干激光的强度相关测量协议。

平带晶格中的 NOON 态局部化

本文档为一项研究提供支持信息，该研究探讨了不同类型平带晶格中 NOON 态的行为。其核心重点在于理解晶格几何结构如何影响这些态的局域化或离域化，以及这与纠缠的关系。本文档通过提供详细的理论推导、探索不同的晶格几何结构并展示数值结果，扩展了主要论文的研究成果。关键概念包括：NOON 态（对精密测量和量子信息处理至关重要）；平带晶格（支持局域态并增强相互作用）；以及紧束缚模型（一种用于描述固体电子结构的简化模型）。

研究人员利用布洛赫模式和局域化/离域化等概念来分析 NOON 态的行为。本文首先分析了菱形晶格，提供了 NOON 态行为的数学描述，并阐明了局域化概率如何依赖于输入态的相位。文中确定了局域化概率随光子数变化的标度定律，并解释了这与晶格的布洛赫模式之间的关系。随后，研究人员对锯齿晶格进行了类似的分析，比较了两种几何结构中 NOON 态的行为。主要发现包括：局域化概率对输入态相位的强烈依赖性，表明可以控制光子纠缠。

观测到的标度定律表明，通过选择合适的光子数量可以优化纠缠，而晶格的几何形状会显著影响NOON态的行为。这些结果表明，可以通过设计晶格来增强光子纠缠。这项研究的成果可能在量子计量学、量子信息处理和材料科学领域具有重要的应用价值，并有可能促进开发具有增强量子特性的新材料。

光子晶格中的 NOON 态控制

这项研究展示了菱形光子晶格中一种新颖的局域化-离域效应，光在这种晶格中表现出不同寻常的行为方式。研究人员观察到，发现多个光子的概率取决于构成NOON态的光子相位和数量。研究团队成功证明，根据这些因素，光子可以局域化在晶格内的某些点，也可以扩散开来，这明显依赖于NOON态的性质。这项研究的意义在于它能够预测复杂光子网络中关联光子的干涉现象，从而有望推动量子光子学领域的发展。

通过开发一种使用标准激光模拟这些多光子态的方法，研究人员创建了一种用于研究多粒子局域化的多功能工具，补充了超冷原子和里德堡极化子等其他领域的研究。作者承认，晶格的缺陷和光子间的相互作用可能会影响观察到的效应，这表明这些是未来研究的重要领域。他们还强调了该实验方法在光子网络中创建和研究其他复杂纠缠态的潜力。