由上海學院祝世寧教授、王振林院士、張利劍院士和王漱明副院長團隊、香港理工學院蔡定平院士團隊、中國科學技術學院任希鋒副院長團隊和華南師范學院李林研究員組成的聯合團隊通力合作，在高維量子糾纏光源制備方面取得重要研究進展，通過結合超構透鏡陣列與非線性晶體，成功制備出高維路徑糾纏光源和多光子光源。研究成果以“-array-basedhigh-andmulti-”為題發表在上。
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圖1基于超構透鏡陣列的量子光源系統。
量子信息是目前國際上最前沿、最活躍的研究領域之一。隨著光量子信息技術的發展，現有基于非線性光學過程的糾纏量子光源在維度擴充以及光子數降低方面面臨著光學系統復雜、可集成度低、穩定性弱等問題，不能滿足量子通信、量子估算、量子計量等領域對于量子光源的高維度和多光子數的要求，阻礙了光量子信息處理的大規模集成。超構表面的研究與發展為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。
該聯合研究團隊將超構透鏡與非線性光學晶體（BBO晶體）組合在一起，構成全新的超構表面量子光源系統，如圖1所示。她們設計并制備出10×10超構透鏡陣列，使用泵浦激光入射到該系統，超構透鏡陣列將泵浦激光均分成10×10份，并在BBO晶體中聚焦。聚焦的泵浦光在BBO中發生自發熱阻下轉換過程量子通訊陣列，形成一系列訊號/閑置光子對。理論上，這一結構制備出的路徑糾纏光子的維度是100維，并且通過降低透鏡陣列數，糾纏光子的維度可以進一步增強。
圖2制備的高維糾纏態的表征。
研究人員采用波長為404nm的連續激光作為泵浦光，檢測了由超構透鏡陣列中不同的超構透鏡形成的光子之間的糾纏特點。圖2為制備的高維糾纏態的表征。實驗測得所構成的二維、三維以及四維路徑糾纏態的保真度分別達到98.4%，96.6%和95.0%。除了這么，超構透鏡具有靈活的光場調控能力，可以對光場的相位、偏振、振幅等集成調控，進而進一步調制糾纏態。據悉量子通訊陣列，該系統也可以用于制備簡易緊湊的多光子源。實驗中借助415nm的皮秒激光作為泵浦源，分別檢測了由該系統制備的4光子和6光子的符合曲線，并展示了4光子Hong-Ou-干涉的結果，得到很高的干涉對比度，證明形成的多光子量子光源具有挺好的性能。
該工作通過將新興研究領域超構表面技術引入量子信息領域，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困局和信息編碼維度限制，有望應用于高維度的量子通訊、量子估算、量子儲存等領域，對于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。
李林博士（北京學院訪問學者，現華中師范學院研究員）、劉澤玄（北京學院博士生）、任希鋒副院長（中國科學技術學院）、王漱明副院長（上海學院）為本工作并列第一作者。北京學院張利劍院士、王漱明副院長、王振林院士、祝世寧教授和臺灣理工學院蔡定平院士為該項成果的并列通信作者。北京學院為第一完成單位。
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