Intra‐Cavity Laser Manipulation of High‐Dimensional Non‐Separable States

可分离态 量子纠缠 物理 自由度(物理和化学) 量子态 量子 角动量 可分离空间 量子力学 经典力学 数学 量子不和谐 数学分析
作者
Lan Hai,Zhichao Zhang,Shi-Long Liu,Lang Li,Zhi-Yuan Zhou,Qing Wang,Yanze Gao,Chunqing Gao,Yijie Shen,Shiyao Fu
出处
期刊:Laser & Photonics Reviews [Wiley]
卷期号:18 (4) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/lpor.202300593
摘要

Abstract Non‐separable states of structured light have the analogous mathematical forms with quantum entanglement, which offer an effective way to simulate quantum process. However, the classical multi‐partite non‐separable states analogue to multi‐particle entanglements can only be controlled by bulky free‐space modulation of light through coupling multiple degrees of freedom (DoFs) with orbital angular momentum (OAM) to achieve high dimensionality and other DoFs to emulate multi‐parties. In this paper, a scheme is proposed to directly emit multi‐partite non‐separable states from a simple laser cavity to mimic multi‐particle quantum entanglement. Through manipulating three DoFs as OAM, polarization, and wavevector inside a laser cavity, the eight‐dimensional (8D) tripartite states and all Greenberger‐Horne‐Zeilinger (GHZ)‐like states can be generated and controlled on demand. In addition, an effective method is proposed to perform state tomography employing convolutional neural network (CNN), for measuring the generated GHZ‐like states with highest fidelity up to 95.11%. This work reveals a feasibility of intra‐cavity manipulation of high‐dimensional multipartite non‐separable states, opening a compact device for quantum‐classical analogy and paving the path for advanced quantum scenarios.

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