我校郭光燦教授團(tuán)隊(duì)任希鋒副院長等人與北京學(xué)院祝世寧教授團(tuán)隊(duì)，及澳門理工學(xué)院、華東師范學(xué)院等單位合作，在高維、多光子量子糾纏光源研究中取得了重大突破。6月26日，研究成果以-array-basedhigh-andmulti-為題發(fā)表在《》上。
隨著光量子信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的量子光源制備方案在提升糾纏維度以及糾纏光子數(shù)方面都面臨著光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜、可集成度低、穩(wěn)定性弱等問題，早已不能滿足量子估算、量子通信、量子計(jì)量等領(lǐng)域的需求，阻礙著光量子信息朝著大規(guī)模集成方向發(fā)展。近來，超構(gòu)表面的研究為量子光源及光量子信息技術(shù)的發(fā)展提供了一條全新的路徑。
研究者引入超構(gòu)表面技術(shù)，將超構(gòu)透鏡與非線性光學(xué)晶體組合在一起，構(gòu)成全新的超構(gòu)表面量子光源系統(tǒng)。她們制備出10X10的超構(gòu)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(fā)生自發(fā)熱阻下轉(zhuǎn)換過程，可制備100維路徑糾纏，也可以形成多光子。降低透鏡陣列數(shù)還可以進(jìn)一步提升糾纏光子的維度。
圖一：基于超構(gòu)透鏡陣列的量子光源系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)測得所構(gòu)成的二維、三維以及四維路徑糾纏態(tài)的保真度分別達(dá)到98.4%，96.6%和95.0%。除了這般，超構(gòu)透鏡具有靈活的光場調(diào)控能力，可以對(duì)光場的相位、偏振、振幅等集成調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)超構(gòu)透鏡的相位設(shè)計(jì)，對(duì)所制備的量子糾纏態(tài)進(jìn)行了精細(xì)的相位編碼，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了挺好的證明。在多光子方面，研究者借助415nm的皮秒激光作為泵浦源，檢測了由該系統(tǒng)制備的4光子和6光子的符合曲線，并展示了4光子Hong-Ou-干涉的結(jié)果，得到很高的干涉對(duì)比度，證明形成的多光子量子光源具有挺好的性質(zhì)。
圖二：制備的高維糾纏態(tài)的表征。
該工作通過引入超構(gòu)表面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)困局和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通訊、量子估算、量子儲(chǔ)存等領(lǐng)域，對(duì)于發(fā)展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術(shù)具有重要意義。
李林博士（北京學(xué)院訪問學(xué)者，現(xiàn)華中師范學(xué)院研究員）、劉澤玄（北京學(xué)院博士生）、任希鋒副院長（中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院）、王漱明副院長（上海學(xué)院）為本工作并列第一作者。北京學(xué)院張利劍院士、王漱明副院長、王振林院士、祝世寧教授和臺(tái)灣理工學(xué)院蔡定平院士為該項(xiàng)成果的并列通信作者。我校郭光燦教授量子通訊陣列量子通訊陣列，柳必恒副院長為合作作者。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科大學(xué)、安徽省以及中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院的捐助。
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（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）