引用本文:

王武楠,王海龙,石岩,等. 量子纠缠源制备方法[J]. 光通信技术,2021,45(11):45-52.

量子纠缠源制备方法

王武楠,王海龙,石 岩,赵春柳*,陈 君,赵天琦,金尚忠

(中国计量大学 光学与电子科技学院 ,杭州 310018)

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摘要:针对量子纠缠的产生方式,着重介绍了常见的3种类型的量子纠缠源制备方法,包括基于自发参量下转换(SPDC)制备量子纠缠源、基于四波混频(FWM)效应制备量子纠缠源和基于量子点制备量子纠缠源,分别分析了其原理、优缺点及其质量指标,最后展望了量子纠缠源制备方法的研究与应用方向。

关键词:自发参量下转换;四波混频;量子点;原子系综;全光纤

中图分类号:O431.2;TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)11-0045-08

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.11.009

0 引言
       近年来,量子纠缠源得到了迅速发展,在量子密钥分配、隐形传态、计量和安全时间传输[1-4]等方面得到了广泛的应用,这些技术的核心是量子纠缠源产生的纠缠光子对。由于气体激光器、半导体激光器和光纤激光器等传统光源产生的光不具有量子纠缠特性,不能用于量子技术中,这对各种量子纠缠源的制备提出了需求。虽然基于自发参量下转换(SPDC)或四波混频(FWM)效应制备的量子纠缠源具有结构复杂、成本高等缺点,但是基于这些方法可以制备出高亮度、高纯度的量子纠缠源,已成为近几年的研究热点。
  本文首先对量子纠缠源制备方法的研究状况和进展进行综述,并基于不同产生机理进行分类和比较。

5 结束语
      本文综述了国内外量子纠缠源制备方法的研究进展,对量子纠缠源的不同制备方法的原理与优缺点进行评述,并基于纠缠源的干涉可见度、真符合-随机比、光子对生成速率、保真度和提取效率分析了纠缠源的质量。对于干涉可见度,与其它方法制备的量子纠缠源相比,基于SPDC的准相位匹配技术可以得到更高的干涉可见度,达到98%;对于真符合-随机比,片上集成的高品质因数氮化硅谐振器制备的纠缠源更高,可以达到3780±140;对于光子对生成速率、保真度和提取效率,基于量子点的制备方法更高,分别达到0.59对/脉冲、97.8%和65%。由此可知,基于量子点的制备纠缠源的方法具有更加明显的优势。目前,量子纠缠源的各类制备方法尚处于实验室研究阶段,仍存在如下需要完善之处:
①现在的量子纠缠源的各类制备方法工艺比较复杂,制造难度高。设计中需要用到的大量各类光学器件都会对光路造成损耗从而影响纠缠源的质量,需要研究集成化更高的量子纠缠源的各类制备方法,比如将量子点和微纳器件结合起来实现真正的芯片化,但现在只是处于初步研究阶段。
②制备出来的量子纠缠源稳定性需要改善,容易受到各种例如震动、微弯等变量影响使得纠缠光不能稳定输出。
  量子纠缠源不仅可以应用于量子隐形传输、量子保密通信和量子密集编码,又因为两束光(闲频和信号)的高度关联性,可以应用于量子精密测量,为突破散粒噪声极限的微量测量提供了新的途径,未来有望研究出集成度更高、稳定性更好的量子纠缠源应用于微观世界的量子精密测量。