単一光子のホログラム

単一光子の空間構造は、自由空間量子通信や量子計算を容易にするだけでなく、軌道角運動量モードでの量子エンタングルメント生成の限界を評価したり、光子の自由空間伝播速度を低減したりするための、詳細に調べられた資源になりつつある。光子の空間構造を目的に合わせて正確に調整することは、古典的光ビームの整形に使われる方法を利用して現在日常的に行われているが、未知の単一光子の空間的位相・振幅構造を復元する逆問題は、干渉法による優れた精度で知られている相補的な古典的ホログラフィー技術を使って解くことはできない。今回我々は、もう1つの参照光子がプローブして、単一光子のホログラムを記録する方法について報告する。この方法は、2光子の確率振幅間の量子干渉という、従来のホログラフィーとは異なる概念に基づいている。古典的ホログラムと同様に、単一光子のホログラムによって、その光子の形状（つまり、その量子波動関数）に関する完全な情報がコード化され、実証実験において光子の局所的振幅と位相が復元された。