近日，Innsbruck大学的研究人员发现自由空间中纠缠原子发射的单光子干涉现象。孤立粒子之间量子纠缠的产生和人为操纵促使了量子信息处理的快速发展。众所周知，纠缠在原子集合的光学性质中起着至关重要的作用，但是，从自由空间中小的、明确定义数量的纠缠发射体的受控发射和吸收的基本效应仍未被观测到。在这里，本文展示了如何把一对远距离的纠缠原子中将单个光子的发射率转换为自由空间光学模式。通过改变连接原子间的光路的长度来调节所选模式下的单光子发射率，其中可见度V = 0.27±0.03，这是由原子之间共享的纠缠度确定，直接对应于准备态的并发度CP= 0.31±0.10。该方法与布居数测量一起就可以在光学上完全确定纠缠度。此外，干涉相位演化的大灵敏度也表明了所提出的方法在高精度梯度传感中潜在的应用。

如图所示，图1（a）是Ba离子的电子能级。图1（b）通过σ+射线束在493 nm处激发短寿命的中间状态|i>。在弱激发脉冲下探测π极化先导光子，制备了双原子纠缠态。此外，更强的激发从纠缠态在相同的模式下散射一个π极化的见证光子，其概率取决于相位差Δ?。图1（c）显示了两个Ba离子A和B被捕获并冷却在线性保罗阱中，距离为Z 5.2μm。使用两个相同的真空高数值孔径透镜（L1和L2）对辐射场进行准直。镜面（M）在距离离子d＝2×30 cm处叠加发射，使它们耦合到共同的空间模式。反射镜安装在压电换能器（PZT）上，这允许在共模光学模式下原子-原子距离的快速亚波长控制。偏振分束器（PBS）选择π-偏振光子，其耦合到单模光纤（SMF），并通过雪崩光电二极管（APD）检测。由翻转反射镜（FM）实现的迈克尔逊干涉仪用于校准PZT反射镜电压位移响应。

图1 单光子干涉原理图

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