在非线性波导量子电动力学中生成空间分离的关联多光子态
强关联多光子态是发展先进量子技术的核心资源,但由于大多数光学系统中固有的弱非线性特性,其确定性制备仍面临挑战。本研究提出了一种基于非线性波导中级联非弹性散射的可扩展架构,用于生成关联性多光子纠缠态。当单光子与远失谐激发的双能级发射体发生散射时,会相干转化为传播的双子态——一种具有反常色散的束缚光子对。该双子态可继续与下游激发态发射体散射,进一步转化为三光子束缚态,从而实现光子数放大级联过程(|⋅⟩→|:⟩→|∴⟩→…)。该过程的核心是研究团队提出的“伪巨型原子”概念,用以捕捉束缚态波函数中涌现的非局域散射势。通过采用具有多工程耦合点的真实巨型原子实施该方案,实现了无背向散射的单向完全可控光子转化。所得输出态形成了空间和时间分离的光子数分量叠加态,并能按不同群速度自动分选。该工作开辟了量子态工程新范式,为量子模拟、精密测量及可扩展量子网络按需生成复杂多光子资源提供了可能。



