在量子信息科學(xué)領(lǐng)域,一項(xiàng)關(guān)于多用戶量子安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心技術(shù)取得了重大突破。電子科技大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的周強(qiáng)教授課題組,攜手國(guó)內(nèi)多家頂尖科研機(jī)構(gòu),成功研發(fā)出一款基于尾纖封裝周期極化鈮酸鋰(PPLN)波導(dǎo)的寬帶量子糾纏光源。
這款量子糾纏光源的問(wèn)世,為量子安全通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。不同于傳統(tǒng)通信方案,量子安全通信的安全性根植于量子物理的深層原理,其中,高性能的寬帶量子糾纏光源是實(shí)現(xiàn)多用戶量子安全網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件。然而,如何在寬頻范圍內(nèi)高效且低噪聲地產(chǎn)生量子糾纏,一直是科研人員面臨的重要挑戰(zhàn)。
周強(qiáng)教授課題組通過(guò)深入探索,巧妙地利用了PPLN波導(dǎo)這一成熟的非線性光學(xué)器件。PPLN波導(dǎo)不僅具有優(yōu)越的材料和相位匹配性能,還展現(xiàn)出產(chǎn)生寬帶糾纏光子對(duì)的巨大潛力。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步創(chuàng)新性地采用了尾纖封裝設(shè)計(jì),有效降低了系統(tǒng)損耗,使該光源能夠直接與現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫對(duì)接。
實(shí)驗(yàn)中,研究團(tuán)隊(duì)利用Type-0型自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換(SPDC)過(guò)程,成功在通信波段內(nèi)產(chǎn)生了糾纏光子對(duì)。通過(guò)精密的波分復(fù)用技術(shù),他們成功篩選出了多對(duì)量子糾纏光子輸出頻道。對(duì)這些輸出光子對(duì)的關(guān)聯(lián)特性和糾纏特性進(jìn)行深入檢測(cè)后,結(jié)果顯示,該光源在輸出帶寬、亮度等方面均表現(xiàn)出色,實(shí)用性能尤為突出。
具體而言,在770.3納米激光的泵浦下,該量子糾纏光源通過(guò)SPDC過(guò)程生成了寬帶糾纏光子對(duì)。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖顯示,使用密集波分復(fù)用器成功選取了8對(duì)量子糾纏光子輸出頻道。測(cè)試結(jié)果顯示,各對(duì)輸出頻道的符合計(jì)數(shù)率均超過(guò)了152.9千赫茲,且符合-偶然符合計(jì)數(shù)比值不低于260。同時(shí),測(cè)得的雙光子干涉條紋可見(jiàn)度高達(dá)98%,這足以顯著違背Bell不等式,充分證明了其優(yōu)良的量子糾纏特性。
這一研究成果的發(fā)表,標(biāo)志著我國(guó)在量子安全通信領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。使用尾纖封裝PPLN波導(dǎo)的量子糾纏光源,不僅性能卓越,而且實(shí)用性強(qiáng),將有力推動(dòng)多用戶量子安全網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)程。隨著量子信息技術(shù)的不斷發(fā)展,這款光源有望在量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用,為構(gòu)建更加安全、高效的量子通信網(wǎng)絡(luò)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。