物理学院王慧田-汪喜林究诘组在量子插手究诘中获得紧迫进展。究诘组初度收尾偏振和轨说念角动量16个十足超纠缠Bell态的双光子插手调教 小说，且在此历程中通过引入新的目田度，将单一目田度中粒子交换后的举座位相，调度为双目田度量子态的里面位相，收尾了粒子交换对称和反对称位相的获胜测量，该后果为量子插手更无为的应用奠定了坚实基础。

双光子Hong-Ou-Mandel (HOM)插手是一种无经典对应的量子效应。由于单一HOM插手实验便可同期揭示波粒二象性和粒子全同性，在基础究诘限度，HOM激起了无为的究诘兴致，被扩充至除光子外的其它粒子梗概准粒子体系，包括原子、名义等离激元、声子等。全同玻色子在HOM插手中出现聚束效应，相悖地，全同费米子的HOM插手产生反聚束效应。在应用究诘限度，HOM插手照旧成为当代量子技巧的中枢，不仅被无为用于描述光子的全同性，并且是构建光子受控非门及各式多粒子纠缠态的紧迫道路。同期，HOM插手如故Bell态测量的基础，Bell态测量在诸如量子隐形传态、纠缠交换和量子集会等很多紧迫的量子契约中进展着关节作用。因此，HOM插手已成为量子光学和量子信息究诘中的一个紧迫课题。可是，现存的HOM插手主要局限于单一目田度，在多目田度中收尾HOM插手仍然是一个挑战。

究诘组在已制备超纠缠Bell态过火量子幻方游戏究诘[Phys. Rev. Lett. 129， 050402 (2022)]的基础上，进一步发展了高效轨说念角动量调控技巧，纯真制备出偏振和轨说念角动量十足16个超纠缠Bell态，系统地开展了多目田度双光子HOM插手究诘。如图1所示，在偏振或轨说念角动量单一目田度的4个Bell态中，3个是具有交换对称性的对称态，即玻色态，双光子插手中产生聚束效应导致插手弧线上谷的出现；另1个量子态是具有交换反对称性的反对称态，即费米态，双光子插手中产生反聚束效应使得插手弧线上出现峰。关于偏振和轨说念角动量双目田度而言，共有16个超纠缠Bell态，其中有10个对称态，包括9个玻色-玻色态和1个费米-费米态；及6个反对称态，包括3个玻色-费米态和3个费米-玻色态。实验上，如图2所示，关于单一目田度的4个Bell态，在插手弧线中测到了1个峰和3个谷，关于双目田度16个超纠缠Bell态，在插手弧线中不雅察到10个谷和6个峰，恰如表面预期。

图1. 双光子插手聚束和反聚束气象。(a) 4个单目田度Bell态中有3个对称态和1个反对称态；(b) 16个偏振和轨说念角动量超纠缠Bell态有10个对称态和6个反对称态。

图2. 双光子量子插手实验截止。(a) 4个偏振Bell态；(b) 4个轨说念角动量Bell态；(c) 16个偏振和轨说念角动量超纠缠Bell态。

更进一步，究诘发现，这种多目田度双光子插手可用于测量粒子交换位相。关于双粒子单一目田度而言，当量子态具有交换对称性，若双粒子处于3个对称Bell态梗概它们的重叠态时，交换位相为0；当量子态具有反对称性调教 小说，若双粒子处于反对称Bell态时，交换位相则为π。由于双粒子的交换位相是单一目田度量子态的举座位相，因此，无法获胜测量。究诘东说念主员自出机杼，通过引入新的目田度以扩张双粒子的Hilbert空间，于是，单一目田度量子态的举座位相调度为双目田度量子态的里面位相，由弗成测量酿成可获胜读出。基快活趣如图3所示，为了索求轨说念角动量目田度的粒子交换位相，引入偏振目田度；使双粒子处于正交偏振HH和VV的重叠态，其中HH重量行为参考重量，不发生粒子交换，而VV重量通过偏振分束器现实粒子交换；插手合束之后，轨说念角动量目田度的粒子交换位相调度为偏振目田度HH和VV之间的里面相对位相，便可读出。实验上，测得的轨说念角动量目田度中3个玻色态的对称交换相为0.012 ± 0.002、0.025 ± 0.002和0.027 ± 0.002弧度，费米态的反对称交换相为0.991π ± 0.002弧度，恰如表面预期。

图3. 获胜测量轨说念角动量粒子交换位相旨趣图。借助于超纠缠Bell态双光子插手，通过引入偏喜跃为支持目田度将轨说念角动量双光子交换位相调度为偏振的里面位相。

该使命以Hong-Ou-Mandel Interference between Two Hyperentangled Photons Enables Observation of Symmetric and Antisymmetric Particle Exchange Phases为题发表在好意思国物理学会期刊《Physical Review Letter》上[Phys. Rev. Lett. 129， 263602 (2022)]。南京大学物理学院博士究诘生刘志峰为论文的第一作家，王慧田和汪喜林教悔为共同通信作家。上述究诘使命得到了固体微结构物理国度重心实验室、南京微结构协同鼎新中心和合肥国度实验室的复古，得到了国度重心研发琢磨、国度当然科学基金、江苏省双创东说念主才和广东省重心限度研发琢磨神志等的资助。

论文及媒体报说念不息：

行使超纠缠Bell态收尾量子幻方游戏论文

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.050402

《Science》专题报说念

https://www.science.org/content/article/reality-doesn-t-exist-until-you-measure-it-quantum-parlor-trick-confirms

《Scientific American》专题报说念

https://www.scientificamerican.com/article/researchers-use-quantum-telepathy-to-win-an-impossible-game/

初度收尾16个超纠缠Bell态的双光子插手论文

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.263602