[論文レビュー] Teleportation via classical entanglement

Seyed Mohammad Hashemi Rafsanjani, Mohammad Mirhosseini+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2015

Orbital Angular Momentum in Optics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、光ビームの三つの自由度—軌道的角運動量（OAM）、偏光、および径方向モード—における古典的もつれを用いた古典的トランスポートレーションプロトコルを提示する。任意のOAM状態が同じビームの偏光状態へ忠実に転送されることを示し、かつては本質的に量子的であるとみなされていた多粒子もつれに基づくトランスポートレーションプロトコルの初の古典的実現を達成した。

ABSTRACT

We present a classical counterpart to quantum teleportation that uses classical entanglement instead of quantum entanglement. In our implementation we take advantage of classical entanglement among three parties: orbital angular momentum (OAM), polarization, and the radial degrees of freedom of a beam of light. We demonstrate the teleportation of arbitrary OAM states, in the subspace spanned by any two OAM states, to the polarization of the same beam. Our letter presents the first classical demonstration of a commonly-perceived--quantum phenomenon that requires entanglement among more than two parties.

研究の動機と目的

• 量子もつれに関連づけられるトランスポートレーションが、光の複数の自由度における古典的もつれを用いて実現可能であることを示すこと。
• かつては本質的に量子的とみなされていた多粒子もつれの効果が、古典的系でも再現可能かどうかを調査すること。
• OAM、偏光、および径方向モードという三つの相関する光学的自由度を用いて、古典的トランスポートレーションプロトコルを実装・検証すること。
• 二つのOAM状態の任意の重ね合わせ状態が、古典的相関を用いて同じビームの偏光状態へトランスポート可能であることを示すこと。

提案手法

• 光ビームの三つの光学的自由度（軌道的角運動量（OAM）、偏光、および径方向モード構造）における古典的もつれを用いる。
• ビームスプリッタおよびモード選択的検出を用いて、入力OAM状態をOAMおよび径方向モード部分空間におけるベルに類似した状態へ射影する。
• 古典的状態準備および測定を用いて、量子トランスポートレーションで一般的なもつれスワッピング機構を模倣する。
• モード選択的検出および後処理選択を用いて、OAM状態の情報を偏光自由度へ条件付きで転送する。
• ビーム形状制御および干渉的制御により設計された、OAMおよび偏光状態間の古典的相関に依存する。
• 二つのOAM状態からなる部分空間でプロトコルを実行し、任意の重ね合わせ状態のトランスポートレーションを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光の複数の自由度における古典的もつれが、量子トランスポートレーションの挙動を再現可能か？
• RQ2 二つを超えるもつれパートナーを有する系において、古典的相関のみを用いて状態トランスポートレーションを達成可能か？
• RQ3 二つのOAM状態の任意の重ね合わせ状態が、古典的手段を用いてビームの偏光状態へ転送可能か？
• RQ4 径方向モード構造が、トランスポートレーションに向けた多粒子古典的もつれを可能にする役割は何か？
• RQ5 この古典的プロトコルは、量子コherenecが欠如しているにもかかわらず、その量子版と同等の非局所的相関を示すか？

主な発見

• 本プロトコルは、古典的相関を用いて、二つのOAM状態の任意の重ね合わせ状態が同じビームの偏光状態へ忠実にトランスポートされた。
• 本実験は、二つ以上の参加者間のもつれを要するトランスポートレーションプロトコルの初の古典的実現である。
• トランスポートされた状態の忠実度は、古典的期待値と整合的であり、量子非局所性の欠如が確認された。
• OAM、偏光、および径方向モード間の古典的もつれが、量子資源を用いずに必要な相関を提供することを可能にした。
• 実験により、かつては量子力学の象徴的現象とみなされてきたトランスポートレーションが、適切な多粒子相関を備えた古典的系でも模倣可能であることが確認された。
• 結果は、トランスポートレーションが本質的に量子もつれを要するのではなく、古典的相関が非局所的似せた情報転送を可能にする役割を果たすことを示唆している。