多组分量子关联对量子信息技术的基础研究和未来的发展都具有重要意义。因此关于多组分量子关联的研究获得了广泛的关注。由于光是信息的理想载体，因此研究光场的多组分量子关联就显得尤为重要。多组分整体相关性显示了整个系统的量子特性，而系统内部成对的相关性可以用来更好地理解系统的内部结构。它们可以对复杂系统进行非常简化的描述。多组分量子关联光束与多组分光束中成对光束的量子关联关系仍然是一个有待解决的问题。

在2014年实验室荆杰泰教授研究小组在理论上提出并通过实验证明了一种基于四波混频过程生成多组分量子关联光束的方法(Phys. Rev. Lett. 113, 023602 (2014) )。在此基础上，该研究小组对多组分量子关联光束与多组分光束中成对光束相关关系进行了理论和实验的研究，并根据两个不同级联的四波混频过程分析了所有情况对系统增益的依赖性。他们证明了，级联四波混频产生的三束光关联总是保持在量子区域，然而三束光中的任意两个的关联并不是总在量子区域。他们发现其中两对(Pr2和C2；Pr2和C1)可以通过改变系统增益将关联从经典区域转换到量子区域，更有趣的是这两对量子关联不会同时出现。光束C2和C1的成对关联总是处于经典区域。相关结果发表在Appl. Phys. Lett. 112, 034101(2018)。这种不平衡和可控的成对相关结构可以用在量子通讯上，例如，层次化的量子秘密共享。这个结果也为基于四波混频生成的量子态的分类和应用开辟了道路。

图1 用于生成和探测量子关联的实验布局

图2 成对相关光的关联随系统增益的变化。(a) Pr2和C2之间关联的理论预测和实验结果。 (b) Pr2和C1之间关联的理论预测和实验结果。 (c) C2和C1之间关联的理论预测和实验结果

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