宁雪，李艳娜，李卫东

（山西大学 理论物理研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，极端光学协同创新中心，山西 太原 030006）

0 引言

Bell态测量在量子通讯中起着非常重要的作用，尤其是在量子密集编码[1-5]、量子隐形传态[6-10]和量子纠缠交换[10-13]等过程中是必不可少的部分。因此，如何高效率地完全区分四个Bell态是一个非常重要的研究课题。

Bell态测量的核心问题是如何通过对两个量子比特进行联合测量，从而实现对Bell态的识别。之前的许多工作都提及用非线性[14-15]方法可以实现全部Bell态的测量，但是利用线性光学操作区分四个Bell态仍是一个挑战[16-17]。1994年，Braunstein等人提出的Hong-Ou-Mandel干涉仪在线性光学操作中是一个重要的研究方案[18]，两个偏振纠缠的粒子在分束器的两个输入端口输入，通过对两个探测器的检测结果进行分析，可以明确地推断出两种输入模式之间的特定Bell状态。早在2001年，Calsamiglia和Lutkenhaus在理论上就证明了线性Bell态分析仪的最大效率为50%[19]。2011年，Grice首次提出通过引入同自由度辅助纠缠光子对的方法，可以提高线性光学Bell态的测量效率[20]：在没有引入辅助光子对的情况下，Bell态区分效率为50%；引入一对纠缠光子可以将效率提高到75%；原则上，引入的光子对数足够多，就可以实现近乎完全的Bell态测量。然而实际上，研究学者提出，通过辅助不同自由度中的光子纠缠可以提高甚至实现一个完整的Bell态测量。早在1998年，Kwiat和Weinfurter就提出了辅助时间-能量自由度或辅助动量自由度来区分极化自由度Bell态的测量方案[21]。……