[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种利用光束的三个自由度——轨道角动量（OAM）、偏振和径向模式——之间经典纠缠的经典隐形传态协议。该研究展示了任意OAM态可忠实地转移到同一光束的偏振态上，标志着首次在经典系统中实现此前被认为本质上是量子的多体纠缠隐形传态协议。

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.

研究动机与目标

• 证明隐形传态虽通常与量子纠缠相关，但可利用光束中多个自由度之间的经典纠缠实现。
• 探究此前被认为仅属于量子范畴的多体纠缠效应是否可在经典系统中复现。
• 实现并验证一种基于三个相关光学自由度（OAM、偏振和径向模式）的经典隐形传态协议。
• 展示两个OAM态的任意叠加态可通过经典关联被传送至光束的偏振态上。

提出的方法

• 利用光束的三个光学自由度之间的经典纠缠：轨道角动量（OAM）、偏振和径向模式结构。
• 采用分束器和模式选择性探测，将输入OAM态投影到OAM与径向模式子空间中的类贝尔态上。
• 通过经典态制备与测量模拟量子隐形传态中典型的纠缠交换机制。
• 应用模式选择性探测与后选择，实现将OAM态信息条件性地转移到偏振自由度上。
• 依赖通过光束整形和干涉控制所工程化的OAM与偏振态之间的经典关联。
• 在由两个OAM态构成的子空间中实现该协议，从而实现任意叠加态的隐形传态。

实验结果

研究问题

• RQ1 光束中多个自由度之间的经典纠缠能否再现量子隐形传态的行为？
• RQ2 在多于两个纠缠粒子的系统中，是否仅通过经典关联即可实现态的隐形传态？
• RQ3 能否通过经典手段将两个OAM态的任意叠加态转移至光束的偏振态上？
• RQ4 径向模式结构在实现用于隐形传态的多体经典纠缠中起到何种作用？
• RQ5 尽管缺乏量子相干性，该经典协议是否表现出与量子对应物相同的非定域关联？

主要发现

• 该协议成功利用经典关联，将两个OAM态的任意叠加态传送至同一光束的偏振态上。
• 该演示是首个在需要超过两个参与方纠缠的隐形传态协议中实现的经典实例。
• 所传送态的保真度与经典预期一致，证实了不存在量子非定域性。
• OAM、偏振与径向模式之间的经典纠缠可提供态转移所需的关联，而无需依赖量子资源。
• 实验结果证实，通常被视为量子力学标志性现象的隐形传态，可在具备适当多体关联的经典系统中被模拟。
• 结果挑战了隐形传态本质上需要量子纠缠的传统认知，凸显了经典关联在类非定域信息传递中的作用。