論文の概要: Tracking phase entanglement during propagation of downconverted photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.17906v1
• Date: Fri, 23 May 2025 13:52:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-26 18:08:34.119265
• Title: Tracking phase entanglement during propagation of downconverted photons
• Title（参考訳）: 逆転光子の伝播過程における追跡位相の絡み合い
• Authors: Rounak Chatterjee, Vikas S Bhat, Kiran Bajar, Sushil Mujumdar,
• Abstract要約: 両光子状態が波動関数の複素位相に相関する位相エンタングルメントについて検討した。 理論的および実験的に、観測された2光子干渉構造が位置相関光子によって生成されたものと著しく異なることを示す。 位相交絡光を用いた干渉は以前にも試みられず、空間交絡の分野における先進的な実験や応用の道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-dimensional entanglement in the form of transverse spatial correlation between a pair of photons generated via spontaneous parametric downconversion is not only a valuable resource in many academic and real-life applications but also provides access to several intriguing quantum phenomena. One such non-intuitive phenomenon is phase entanglement, in which the biphoton state is correlated in the complex phase of its wavefunction. This state, which emerges during the propagation of the biphoton wavefunction, exhibits neither position nor momentum correlation, yet retains full entanglement. In this work, we experimentally explore this state in two distinct ways. The first is by tracking the vanishing spatial photon number correlation over propagation distances lying in $\left[0,\infty\right)$, folded into a finite range using single-lens imaging. These observations show excellent agreement with our theoretical predictions based on the Double Gaussian (DG) approximation of the biphoton state. The second approach involves performing a two-photon interference experiment using a double slit and this state, which reveals the correlated phase front. We show, both theoretically and experimentally, that the observed two-photon interference structure is markedly different from that produced by position-correlated photons, as confirmed by computing the joint probability distribution of photons (JPD) and related metrics. Such interference using phase-entangled light has not been attempted before and opens avenues for advanced experiments and applications in the field of spatial entanglement.
• Abstract（参考訳）: 自発的なパラメトリックなダウンコンバージョンによって生成される光子の対の間の横空間相関の形での高次元の絡み合いは、多くの学術的および現実的な応用において貴重な資源であるだけでなく、いくつかの興味深い量子現象へのアクセスも提供する。 そのような直観的でない現象の1つは位相絡みであり、双光子状態はその波動関数の複雑な位相に相関している。 この状態は、双光子波動関数の伝播中に出現し、位置相関も運動量相関も示さないが、完全な絡み合いを維持している。 本研究では,この状態を2つの異なる方法で実験的に検討する。 1つ目は、$\left[0,\infty\right)$にある伝播距離の空間光子数相関を、単レンズイメージングを用いて有限範囲に折り畳むことによって追跡することである。 これらの観測は、2光子状態の二重ガウス(DG)近似に基づく理論予測と良好な一致を示した。 第2のアプローチは、二重スリットとこの状態を用いて2光子干渉実験を行うことで、相関位相フロントが明らかになる。 理論的および実験的に、観測された2光子干渉構造が位置相関光子によって生成されたものと著しく異なることを示し、光子の結合確率分布(JPD)と関連する測定値の計算により確認した。 位相交絡光を用いた干渉は以前にも試みられず、空間交絡の分野における先進的な実験や応用の道を開いた。

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