論文の概要: Imaging cross-degree-of-freedom structures in biphoton spatial-polarization hyperentanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.03586v2
• Date: Mon, 22 Sep 2025 18:57:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-24 16:16:25.531052
• Title: Imaging cross-degree-of-freedom structures in biphoton spatial-polarization hyperentanglement
• Title（参考訳）: 双光子空間分極ハイパーアングルメントにおけるクロス・オブ・フリーダム構造
• Authors: Cheng Li, Girish Kulkarni, Isaac Soward, Yingwen Zhang, Jeremy Upham, Duncan England, Andrei Nomerotski, Ebrahim Karimi, Robert Boyd,
• Abstract要約: 広角251次元双光子状態における全場空間偏光構造を解明する。 我々の研究は、将来の量子技術のための超絡み合った状態における高次元とクロスDoF相関のさらなる活用のための重要な基礎となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.594345069715262
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hyperentanglement, which refers to entanglement across more than one degree of freedom (DoF), is a valuable resource in photonic quantum technology. Although hyperentangled states inherently facilitate access to high-dimensional Hilbert spaces, their distinguishing feature lies in the cross-DoF structures beyond independent entanglement in each DoF, which can be leveraged to enable novel and robust information processing schemes. In particular, for a spatial-polarization hyperentangled state generated from spontaneous parametric downconversion, the resulting polarization entanglement is structured by the spatial distribution of all interacting optical fields. Characterizing such cross-DoF structures is a crucial step towards employing hyperentangled states for practical quantum applications. Here, by performing polarization state tomography on all spatially correlated photon pairs, we have, for the first time, resolved the full-field spatial-polarization structure in a 251-dimensional hyperentangled biphoton state. We observe an entire class of near-maximally polarization-entangled states with an average concurrence of $0.8303 \pm 0.0004$, characterized by biphoton polarization phases that exhibit radial and linear gradients induced by the transverse momenta of the down-converted photons and the pump beam, respectively. Our study lays important groundwork for further exploiting the high dimensionality and cross-DoF correlations in hyperentangled states for future quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: ハイパーエンタングルメント(Hyperentanglement)は、1度以上の自由度(DoF)にまたがる絡み合いを指し、フォトニック量子技術において貴重な資源である。 ハイパーエンタングル状態は本質的に高次元ヒルベルト空間へのアクセスを容易にするが、それらの特徴は各DoFの独立な絡み合いを超えたクロスDoF構造にあり、新規で堅牢な情報処理スキームを実現するために利用することができる。 特に、自発的なパラメトリックなダウンコンバージョンから生じる空間偏光ハイパーアンタングル状態に対して、結果として生じる偏光エンタングルメントは、すべての相互作用する光学場の空間分布によって構成される。 このようなクロスDoF構造を特徴づけることは、実用的な量子応用に超絡み合った状態を採用するための重要なステップである。 ここでは,すべての空間相関光子対に対して偏光状態トモグラフィーを行うことにより,251次元双光子状態における全場空間偏光構造を初めて解いた。 両光子偏光相は, 逆光子とポンプビームの逆モーメントによって誘起される直線勾配と放射偏光相が特徴である。 我々の研究は、将来の量子技術のための超絡み合った状態における高次元とクロスDoF相関のさらなる活用のための重要な基礎となる。

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