近日，南開大學物理科學學院李勇男教授研究組與南京大學王慧田教授合作，針對光子高維軌道角動量表征難題，提出了利用二維探測器實現(xiàn)快速非掃描的量子態(tài)層析方法，該研究成果以“Two-Measurement Tomography of High-Dimensional Orbital Angular Momentum Entanglement”為題發(fā)表在《Physical Review Letters 》上。 

其核心思想是用二維陣列探測器取代傳統(tǒng)的單像素探測器，基于干涉原理并結合傅里葉變換，從二維量子符合計數(shù)中解調(diào)出高維量子信息。該方法的特點是非掃描且與維度無關，對于任意維雙光子OAM糾纏態(tài)，僅需兩次測量即可實現(xiàn)高保真度的密度矩陣重構。該思想還可以拓展到其它空間模式糾纏、多光子糾纏及混合態(tài)糾纏等，為實現(xiàn)大容量量子通信和量子過程層析奠定了基礎。未來與機器學習結合，將會為復雜情況下，如大氣和光纖中的高維光量子信息應用提供更多有趣且高效的測量思路。

　本工作南開大學為第一完成單位，南開大學本科畢業(yè)生李逸和博士畢業(yè)生黃雙印為共同第一作者，南開大學李勇男教授和南京大學王慧田教授為共同通訊作者。此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金項目資助。