中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)任希鋒等人與南京大學(xué)祝世寧團(tuán)隊(duì)及香港理工大學(xué)、華東師范大學(xué)等單位合作，在高維、多光子量子糾纏光源研究中取得突破。6月26日，研究成果發(fā)表在《科學(xué)》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高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(wèn)題，已經(jīng)不能滿足量子計(jì)算、量子通訊、量子計(jì)量等領(lǐng)域的需求，制約著光量子信息朝著大規(guī)模集成方向發(fā)展。最近，“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)。他們制備出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)參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程，可制備100維路徑糾纏，也可以產(chǎn)生多光子。增加透鏡陣列數(shù)還可以進(jìn)一步提高糾纏光子的維度。

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)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%。不僅如此，超構(gòu)透鏡具有靈活的光場(chǎng)調(diào)控能力，可以對(duì)光場(chǎng)的相位、偏振、振幅等集成調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了很好的證明。在多光子方面，研究者利用415 nm的飛秒激光作為泵浦源，測(cè)量了由該系統(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-Mandel干涉的結(jié)果，得到很高的干涉對(duì)比度，證明產(chǎn)生的多光子量子光源具有很好的性質(zhì)。

　　該工作通過(guò)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)瓶頸和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲(chǔ)等領(lǐng)域，對(duì)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。

　　該工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的資助。

　　文章鏈接 

　　基于超構(gòu)透鏡陣列的量子光源系統(tǒng)

　　制備的高維糾纏態(tài)的表征