1 华南师范大学 信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广州 510631
2 中山大学 物理学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
自发参量下转换在制备量子光源等领域具有重要的研究价值。归纳了自发参量下转换的主要技术方案, 讨论了不同类型（type-0, type-Ⅰ, type-Ⅱ）自发参量下转换量子光源的研究进展及其在多光子量子纠缠态和高维量子纠缠态制备等方面的应用, 介绍了腔增强自发参量下转换窄线宽量子纠缠态的制备及应用, 最后对各种方案所存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。
非线性光学 量子光源 自发参量下转换 腔增强自发参量下转换 nonlinear optics quantum entanglement source spontaneous parametric down-conversion cavity-enhanced spontaneous parametric down-conver
1 南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京大学物理学院, 人工微结构科学与技术协同创新中心, 江苏 南京 210093
2 渥太华大学物理系, 加拿大 渥太华, K1N 6N5
作为光子重要自由度之一,轨道角动量(OAM)在光量子信息研究中占据着重要地位。将其与偏振等光子的其他自由度相结合,可实现多自由度光量子信息处理。此外,由于其具有天然的离散高维属性,故其是开展高维量子信息处理研究的最佳自由度之一。基于自发参量下转换非线性光学过程能够便捷地获得OAM纠缠源。近年来,光子OAM量子纠缠的研究受到了广泛关注,在多自由度、高维和多光子等多个方向都取得了重要进展。然而,该领域尚有诸多悬而未决的关键科学问题亟须深入研究,包括如何实现高效高质的OAM分离,如何实现更高维度的频率转换,如何提升多自由度纠缠源的品质,如何获得更多维度、更多光子的高维纠缠态以及如何构建可行的高维量子门等。从光子OAM最基本的二维操纵着手,综述了单光子OAM量子态调控、双光子及多光子OAM纠缠操纵。围绕多自由度、大角动量和高维等特性,从生成、调控、测量及应用等角度系统讨论了光子OAM量子纠缠。同时,探索了解决本方向关键科学问题的一些可能解决途径。
中国计量大学 光学与电子科技学院 , 杭州 310018
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。
自发参量下转换 四波混频 量子点 原子系综 全光纤 spontaneous parametric down conversion four-wave mixing quantum dots atomic ensembles all optical fiber
Author Affiliations
Abstract
1 Australia National University, Research School of Physics, Canberra, Australia
2 ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, Canberra, Australia
3 Politecnico di Milano, Dipartimento di Fisica, Milan, Italy
4 ITMO University, Department of Physics, Saint Petersburg, Russia
5 Ioffe Institute, Saint Petersburg, Russia
6 Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Milan, Italy
We predict theoretically a regime of photon-pair generation driven by the interplay of multiple bound states in the continuum resonances in nonlinear metasurfaces. This nondegenerate photon-pair generation is derived from the hyperbolic topology of the transverse phase matching and can enable orders-of-magnitude enhancement of the photon rate and spectral brightness, as compared to the degenerate regime. We show through comprehensive simulations that the entanglement of the photon pairs can be tuned by varying the pump polarization, which can underpin future advances and applications of ultracompact quantum light sources.
optics photonics light metasurface spontaneous parametric down-conversion entanglement Advanced Photonics
2021, 3(5): 055001
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
近期提出的新型量子雷达利用纠缠光子的量子纠缠效应实现三维量子增强, 对该新型量子雷达方案中的光源进行了初步分析, 并讨论了其可能实现的方案。新型量子雷达方案中的光源在频率和动量上都是正相关的。以两光子态为例, 首先对单独考虑频率或动量正相关态的制备进行了研究, 并在此基础上进一步讨论了频率和动量都正相关的纠缠光子源的制备。数值模拟结果表明, 利用强聚焦下的脉冲抽运光, 通过自发参量下转换过程可以制备频率和动量都正相关的纠缠光子源。
激光技术 量子纠缠 频率和动量正相关 自发参量下转换 强聚焦 laser techniques quantum entanglement positive correlation between frequency and momentu spontaneous parametric down-conversion tight focusing
光子学报
2020, 49(10): 1019001
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, School of Electronic Science and Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Institute for Quantum Information and State Key Laboratory of High Performance Computing, College of Computing, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Mesoscopic Optics and Quantum Electronics Laboratory, University of California Los Angeles, California, CA 90095, USA
We report an observation of the second-order correlation between twin beams generated by amplified spontaneous parametric down-conversion operating above threshold with kilowatt-level peak power, from a periodically poled LiTaO3 crystal via a single-pass scheme. Photocurrent correlation was measured because of the bright photon streams, with raw visibility of 37.9% or 97.3% after electronic filtering. As expected in our theory, this correlation is robust and insensitive to parametric gain and detection loss, enabling important applications in optical communications, precision measurement, and nonlocal imaging.
amplified spontaneous parametric down-conversion robust second-order correlation high-gain twin beams Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 121902
1 中国科学技术大学自动化系, 安徽 合肥 230027
2 北京卫星信息工程研究所天地一体化信息技术国家重点实验室, 北京 100086
通过II型自发参量下转换制备纠缠光子对,在Mathematica环境下分析频率纠缠、频率关联、量子干涉特性及脉冲和晶体参数对特性的影响。结果表明,连续光抽运可以得到最大的频率纠缠度和干涉可见度;脉冲光频宽一定时,随着非线性晶体厚度的增大,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性减小,干涉可见度减小;非线性晶体厚度一定时,随着脉冲光频宽的减小,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性增大,干涉可见度增大;选取不同的联合光谱函数参数,可以得到具有频率反关联、不关联和正关联特性的双光子。
光谱学 自发参量下转换 纠缠光子对 联合光谱 单光子光谱 纠缠度 干涉可见度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 043002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031
2 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所 国防科技工业光电子一级计量站, 山东 青岛 266555
4 中国科学技术大学, 合肥 230031
为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式, 开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355 nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对, 对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正, 同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518 nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体, 采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子, 基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果, 两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内, 主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点, 以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响, 可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.
辐射定标 自发参量下转换 相关光子 单光子探测器 量子效率 Radiometric calibration Spontaneous parametric down conversion Correlated photon Single photon detector Quantum efficiency
