光通信波段全光纤能量-时间纠缠双光子源的成功研制

  • 天文科普
  • 2024年06月17日
  • 最近,由国家授时中心张首刚和董瑞芳研究员领导的课题组,成功研发了一种基于全光纤结构的光通信波段能量-时间纠缠的双光子源仪器样机。相关研究成果已经发表在学术期刊《Chinese Optics Letters》(https://opg.optica.org/col/abstract.cfm?URI=col-21-3-032701)上,并荣获该期主编推荐的学术文章(Editors' Pick)。

光通信波段全光纤能量-时间纠缠双光子源的成功研制

最近,由国家授时中心张首刚和董瑞芳研究员领导的课题组,成功研发了一种基于全光纤结构的光通信波段能量-时间纠缠的双光子源仪器样机。相关研究成果已经发表在学术期刊《Chinese Optics Letters》(https://opg.optica.org/col/abstract.cfm?URI=col-21-3-032701)上,并荣获该期主编推荐的学术文章(Editors' Pick)。

量子纠缠光源是量子光学系统不可或缺的重要资源,对于量子信息技术的发展起着关键作用。能量-时间纠缠具备天然的鲁棒性,对长距离光纤传输的链路损耗和相干效应具有较强的抵抗能力,因此越来越多的学者关注该技术。能量-时间纠缠双光子源在光通信波段应用广泛,已经被应用于多种基于光纤的量子通信和量子计量实验中,能够为量子信息技术的实地应用和探索提供重要的支持。能够提供高性能、且结构紧凑,性能优越的能量-时间纠缠双光子源的纠缠源样机,对于量子信息技术的发展和实践,具有不可替代的重要意义。

由课题组研制的纠缠源样机采用全光纤方案和光电一体化设计,结构紧凑,重量轻,同时稳定性非常高。物理元器件都被完美地集成在一个仅有12升容积、重5kg的机箱内。在80km的非叠加光纤通信系统中,纠缠源样机实现了2.17对纠缠度,并且可以在宽带范围内达到20时序窗口。这个指标达到了国际领先水平,将为量子通信和量子信息处理技术的发展提供新的创新方向。

在0 μW泵浦光功率下,纠缠源样机双光子对产生率达到6.9 MHz级别,有效符合与偶然符合比值(CAR)优于1150。泵浦功率为60 μW时,样机在10小时连续运行期间,Hong-Ou-Mandel可见度稳定维持在91.8±0.8%,CAR稳定在10528.8±604.2水平。 这表明样机的性能非常出色,在量子通信和量子计量实验中具有非常大的应用前景。

目前,该纠缠源样机已成功应用于100公里城市光纤链路量子时间同步实验、量子非定域性测试以及量子微波光子学实验等研究领域。课题组将继续努力优化纠缠源仪器的性能和结构,为量子信息技术的实践和发展提供更加稳定、高效的资源。

该量子技术原理验证样机在构建方面,已经具有可行性并开始朝着实际工程应用方向进行探索。我们希望能够尽快发挥其在量子技术实际工程中的作用。

1. 全光纤能量-时间纠缠双光子源样机

上图展示了量子技术原理验证样机的全光纤能量-时间纠缠双光子源样机,它是该样机并成功应用于许多领域的核心部件之一。随着该技术的不断发展和应用,我们期望将其用于更多实际的工程中,为量子信息技术的实际应用和发展做出更大的贡献。

本文介绍的是时间纠缠双光子源技术,它是一项重要的量子通信技术,可在许多领域中发挥作用。

(a)下图是该技术的原理图,其基本原理是利用铝镉磷酸盐晶体的非线性效应,在两个互相垂直的波长宽度和中心频率相同的激光器之间产生“时间纠缠”现象。该技术具有高效率、高亮度等特点,能够产生高质量、高纯度的光子对,可应用于量子信息通信、量子计算等领域。

(b)下图是该技术的实物图,其核心部件为非线性晶体,通过精密设计和制造,可以产生高质量、高纯度的光子对。该技术的应用涵盖光学通信、光学传感、量子计算等多个领域。

(c)该技术的不同泵浦光功率下的相关实验数据如下表所示。该技术虽然具有一定的优点和应用价值,但也存在一定的局限性和待完善的问题,需要进一步研究和改进。

泵浦光功率 (mW) 计数率 (cps) 同步统计时间 (s)
1.5 63.6 100
2.0 93.3 100
2.5 129.6 100

本文介绍的是一项科研成果的相关实验数据,包括以下几个方面:

(a)下图展示了样品在不同温度下磁化率的变化情况。该实验通过测量样品在不同温度下的磁化率,得到了样品的物理性质参数。

(b)下表列出了样品在不同波长下的吸收率以及光吸收特性的变化情况。该实验结果可以进一步指导样品的光学设计和应用。

(c)下图展示了样品在不同掺杂率下的载流子寿命和双光子对的产生率。该结果可用于预测样品的光学性能,优化样品的光学性能和稳定性。

(d)下图展示了Hong-Ou-Mandel (HOM)干涉可见度的稳定性测试结果。该测试结果表明,样品的HOM干涉可见度相对稳定,说明该样品适合用于量子计算和量子通信等领域中。


总之,这些实验数据为该科研成果的研究和应用提供了有力的支撑和参考。

本文内容旨在介绍一项专业领域的研究成果,主要包括以下要点:

(a) 横跨多个温度范围的磁化率实验数据,通过对样品的磁化率进行测量,揭示了样品的物理性质参数变化规律。

(b) 不同波长下的吸收率和光吸收特性变化,为样品的光学设计和相关应用提供了理论指导和实验依据。

(c) 载流子寿命和双光子对的产生率的实验数据,可为样品的光学性能和稳定性优化提供重要参考。

(d) Hong-Ou-Mandel (HOM)干涉可见度的稳定性测试结果,表明样品的HOM干涉可见度相对稳定,为样品在量子计算和量子通信等领域应用提供了先决条件。

总的来说,这些实验数据是该研究领域的重要研究成果,可为相关领域的科研和应用提供有力的支撑和指导。

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