1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 上海 201315
随着量子信息科学的迅速发展,以光子为物理载体的量子纠缠源已成为量子非定域性检验、量子通信、量子计算以及量子精密测量等领域必不可少的资源和重要技术手段。利用非线性介质中的自发参量下转换过程,从早期的β相偏硼酸钡晶体到后来的基于准相位匹配的周期性极化晶体等,双光子极化纠缠源凭借其在亮度和品质方面的优势得到了快速发展,这为基于卫星平台的广域量子通信和量子物理的基础检验提供了可能。从基本原理出发,系统介绍了近年来面向空间平台应用的量子纠缠源的发展和最新成果,特别是以“墨子号”量子科学实验卫星为代表的星载量子纠缠源载荷;此外,对国际上近几年关于星载量子纠缠源的进展以及未来发展趋势也进行了较为全面的介绍和分析。
龚云洪 1,2,3,4付皓斌 1,2,3雍海林 1,2,3曹原 1,2,3[ ... ]彭承志 1,2,3
1 中国科学技术大学 微尺度物质科学国家实验室和近代物理系，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院，上海 201315
3 上海量子科学研究中心，上海 201315
4 国科量子通信网络有限公司，上海 201315
星地量子通信已经验证了广域量子通信网络的可行性，面对未来量子通信网络多用户的特点，能够准确、快速预测成码率是高效利用星地量子网络资源的核心问题。提出了一种基于机器学习及恒星星像图像识别的信道预测新方法，并将此方法应用于北京地面站的观测中。实验结果表明，恒星星像的图像识别正确率可达88%，并给出是否开展星地实验的建议。在建议开展星地对接的信道情况下，预估该时段量子卫星北京地面站在仰角39.5°的筛选成码率约为8~9 kbit/s，实际星地量子通信实验的筛选成码率为8.8 kbit/s。实验结果可用于合理安排多颗卫星、多个地面站的星地对接任务，提高星地量子通信的成功率，避免浪费卫星和地面站资源，推动量子通信卫星组网的实用化研究。
量子通信 恒星星像 机器学习 图像识别 quantum key distribution stellar image machine learning image recognition
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
在以单模光纤作为量子信道,并采用光子偏振编码方式的量子密钥分发过程中,光纤的双折射效应会导致光子在光纤中传播时其偏振态发生随机变化,使安全密钥的最终成码率大幅度降低.利用两个四分之一波片和一个半波片的组合作为校正器,可以实现对任意偏振态的校正补偿.建立了一种以该类偏振校正器为执行机构的基于随机并行梯度下降控制算法的实时偏振补偿仿真控制模型,讨论了算法的随机扰动幅度、增益系数与收敛速度的关系,分析了算法对于偏振的校准能力.通过实验对算法的性能进行了验证.实验结果表明,经过一定次数的迭代后可将系统的偏振消光比校正到一个比较理想的状态.
量子信息 量子密钥分发 光纤偏振补偿 随机并行梯度下降控制算法 quantum information quantum key distribution fiber polarization compensation stochastic parallel gradient descent control algor
1 宁波大学信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 中国科学技术大学近代物理系, 安徽 合肥 230026
量子密钥分发是一种能够提供物理上安全的密钥分发方式,如今已成为信息安全领域的热 门研究学科,但在量子密钥分发中其成码速度的限制影响了它的实际应用性。提高LD驱动脉 冲调制速度,可以有效地提高信号发射速度,加快量子密钥分发的成码速率。采用循环驱动的 方法,在时钟频率200 MHz的条件下,基于FPGA实现了200 MHz的脉冲调制速度。实验结果显示, 采用该方案产生触发脉冲驱动LD, 输出量子信号的抖动小于2 ns,满足了量子密钥分发的要求。
量子信息 量子密钥分发 脉冲调制 quantum information quantum key distribution pulse modulation FPGA FPGA
1 中国科学技术大学 近代物理系 核探测与核电子学国家重点实验室,安徽省物理电子学重点实验室, 合肥 230026
2 中国科学院 量子信息与量子科技前沿卓越创新中心, 合肥 230026
3 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 合肥 230026
根据差分相移量子密钥分发实验对高速电光调制电路的需求,利用固体开关技术和变压器隔离技术,设计出了重复频率为45 kHz、输出脉冲电压达到2 kV的电光调制电路,该电光调制电路由两部分组成,正负1 kV高压脉冲产生电路,其中正1 kV高压脉冲的上升沿为50.44 ns,下降沿为44.6 ns,负1 kV高压脉冲下降沿为52.29 ns,上升沿为50.44 ns.普克尔盒调制电路与光路进行联调,光路的消光比达到23 dB,完全满足了消光比为20 dB的实验需求.
电光调制电路 功率MOSFET 差分相移量子密钥分 高压脉冲 electro-optic modulation circuit power MOSFET differential phase shift quantum key distribution high voltage pulse 强激光与粒子束
2015, 27(8): 085001
1 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084
2 中国科学技术大学 微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
利用准相位匹配技术和Sagnac环结构设计研制了一套高亮度、高稳定性、小型化、可移动式的一体化纠缠源系统.此纠缠源基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体参量下转换过程, 亮度达到了13.8Mcps, 偏振对比度好于98%, 纠缠度达到0.9357, 温度变化和机械振动测试引起的计数率抖动小于5%.此系统成功地应用到了外场百公里量子纠缠分发和连续长时间关联速度下限测量试验中, 从而为进一步实现空间纠缠源载荷提供了良好的试验技术基础.
纠缠源 小型化 一体化 稳定性 entanglement source miniaturization integration stability
1 清华大学 物理系，北京100084
2 中国科学技术大学 微尺度物质科学国家实验室，安徽 合肥230027
3 中国科学院上海技术物理研究所,上海200083
高精度的时间同步是星地量子密钥分发实验的关键.给出了一种新型的时间同步方案，该方案采用与量子信号光共光路的同步光脉冲，采用单光子探测器对同步光脉冲进行探测，通过基于时间标记型高精度时间测量插件对信号事例和同步事例进行精确的时间测量.解决了星地量子密钥分发实验中星上同步光对卫星平台载荷和资源要求较高及同步光与量子信号光的隔离问题.系统成功应用于16 km自由空间量子密钥分发实验中，并达到1.023 ns(1σ)的全系统时间同步精度，量子密钥分发原始码成码率为8.27 kHz.
量子密钥分发 时间同步 时间标志型TDC quantum key distribution time synchronization time stamp TDC
完全区分4个Bell态是实现量子隐形传态过程的关键,目前线形光学的办法还不能对Bell态进行完全的测量。我们根据两光子量子隐形传态方案利用Mach-Zehnder干涉仪,通过高位希尔伯特空间中偏振与路径之间的纠缠实现了完全bell基测量。通过引入参考光的方法,达到干涉仪两臂相位的自动稳定;该方案成功应用于16 km自由空间量子隐形传态实验中。
量子隐形传态 Bell基测量 M-Z干涉仪 Quantum teleportation Bell State Measurement Mach-Zehnder interferometer
分析了在周期性极化铌酸锂(PPLN)波导中波长为1.32 μm和1.55 μm的光子和频过程.给出了达到最大信号转换效率所需要的泵浦光功率.分析了该过程中各种可能存在的噪声源,尤其是拉曼过程给出的噪声,给出了利用相干滤波片和标准具来减小噪声的方法.分析了该探测器在量子密码通讯中的应用.
上转换 波导 探测效率 暗计数 安全码生成率
