中國科大在集成量子糾纏光源的合作研究中取得新進展
http://www.1718001.com 2020-07-01 16:18:29 中國科學技術大學

  中国科学院院士、中國科學技術大學教授郭光灿团队任希锋等人与南京大学祝世宁团队及香港理工大学、华东师范大学等单位合作,在高维、多光子量子纠缠光源研究中取得突破。6月26日,研究成果发表在《科学》上。

  隨著光量子信息技術的發展,現有的量子光源制備方案在提高糾纏維度以及糾纏光子數方面都面臨著光學系統複雜、可集成度低、穩定性弱等問題,已經不能滿足量子計算、量子通訊、量子計量等領域的需求,制約著光量子信息朝著大規模集成方向發展。最近,“超構表面”的研究爲量子光源及光量子信息技術的發展提供了一條全新的路徑。

  研究者引入超構表面技術,將超構透鏡與非線性光學晶體組合在一起,構成全新的超構表面量子光源系統。他們制備出10X10的超構透鏡陣列,該陣列將泵浦激光均勻地分成10X10份,在BBO晶體中聚焦發生自發參量下轉換過程,可制備100維路徑糾纏,也可以産生多光子。增加透鏡陣列數還可以進一步提高糾纏光子的維度。

  实验测得所构成的二维、三维以及四维路径纠缠态的保真度分别达到98.4%,96.6%和95.0%。不仅如此,超构透镜具有灵活的光场调控能力,可以对光场的相位、偏振、振幅等集成调控。研究团队通过对超构透镜的相位设计,对所制备的量子纠缠态进行了精细的相位编码,并通过实验进行了很好的证明。在多光子方面,研究者利用415 nm的飞秒激光作为泵浦源,测量了由该系统制备的4光子和6光子的符合曲线,并展示了4光子Hong-Ou-Mandel干涉的结果,得到很高的干涉对比度,证明产生的多光子量子光源具有很好的性质。

  該工作通過引入超構表面技術,實現了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源,突破了現有量子光源的技術瓶頸和信息編碼維度限制,有望應用于高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領域,對發展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術具有重要意義。

  该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省以及中國科學技術大學的资助。

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