实现原子-光子纠缠的量子光学实验
1935年,爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)通过一个涉及两个纠缠粒子的思想实验,基于定域实在论的假设得出量子力学不完备的结论。受此启发,贝尔构建了一个不等式,使得实验测试能够区分量子力学与定域实在论理论。随后的诸多实验均支持量子力学,否定了定域实在论的概念。然而这些测试都存在漏洞,使得实验观测结果仍可用定域实在论解释。其中,不同量子物体(如原子与光子)间的纠缠特别值得关注——通过光子干涉实现远距离原子纠缠的特性,结合类空间隔条件与近乎完美的原子探测效率,将首次实现同时规避探测漏洞和定域性漏洞的事件就绪型贝尔测试。本论文的核心目标是实验实现单个局域化原子与自发辐射光子间的纠缠。实验中,单个光阱束缚的铷87原子被激发至具有两个选定衰变通道的能态,随后的自发衰变过程会以相等概率向两个通道相干辐射光子。这确保了辐射光子偏振态与原子自发衰变后塞曼态之间的完美关联。由于这两个衰变通道在光谱及其他自由度上不可区分,原子自旋态便与光子偏振态形成纠缠态。通过测量光子偏振态与原子内部量子态在互补基上的关联,证实了生成态具有0.82的纠缠保真度。
