中国科大在中红外波段量子纠缠的制备与表征方面取得重要进展

　　中国迷信技能年夜学郭光灿院士团队正在中红外波段量子纠缠的制备与表征研究中取患上重要研究进展，该团队史保森传授、周志远副传授及其互助者初次制备了3微米中红外波段时间-能量纠缠光子对并演示了双光子Hong-Ou-Mandel干预干与。该结果以“Quantum entanglement and interference at 3 μm”为题于3月6日正在线颁发正在国际出名学术期刊《Science Advances》上。

　　光量子信息技能的成长离没有开量子光场的发生、调控与探测。只管近红外波段（0.7um∽2.5um）相干技能的成长已绝对成熟，但鲜有其它波段非经典光子对/单光子制备、调控以及探测的事情报导。最近几年来，科研事情者起头慢慢摸索量子信息正在中红外光谱范畴使用的实践以及试验研究，发明中红外非经典光子源与传统通讯、成像以及传感技能相联合，可以发生新的通讯技能以及探测、感知手腕，这是由于：1. 中红外波段笼罩了险些一切物资份子的振动光谱，具备份子的“指纹”特性，可用于物资身分判定以及阐发；2. 中红外波段海涵多个重要的年夜气通讯传输窗口，合适远间隔自由空间光通讯以及遥感探测；3. 温度为115K∽1150K的黑体辐射中间波长正在中红外波段，这为物体探测供给了一种有用的热成像手腕。

　　制约量子信息技能向中红外光谱范畴拓展的一个要害要素是缺乏高活络的中红外探测器：基于半导体的中红外雪崩单光子探测器以及超导探测器今朝处于试验室验证阶段，尚无贸易化产物，且需求正在极高温下事情能力保障低噪声探测。一个有用的解决方案是哄骗量子频谱迁徙单光子探测技能，即经由过程非线性历程将中红外光子频次改变到可见光或近红外区域哄骗成熟的高机能硅单光子探测器举行探测（如图1所示）。

图1. 量子频谱迁徙探测示用意

　　最近几年来，研究团队致力于中红外纠缠源的制备以及表征和基于非线性频次上转换的探测研究，并取患了重要进展：团队哄骗II类位相婚配的PPKTP晶体、经由过程简并自觉参量下转换历程胜利制备了3.08微米的中红外光子对，并联合团队成长的高效率非线性上转换探测技能，经由过程Hong-Ou-Mandel（HOM）双光子干预干与查验了双子光子之间的非经典联系关系，哄骗Franson干预干与证实光子之间存正在时间-能量纠缠（图2）。

图2. HOM干预干与以及时间-能量纠缠的表征

　　该研究事情是中红外光子纠缠制备的第一个事情，对该范畴的成长具备重要影响。经由过程抉择适合的非线性晶体及其参数，联合非线性上转换探测技能，准则上可以制备以及表征肆意波长的中红外纠缠光子对。因为中红外光谱具备份子的“指纹”特性、包括年夜气层的低损传输窗口和与物体的热辐射光谱堆叠，是以可以预期中红外非经典光子源与传统通讯、成像以及传感技能的联合必定会为人们认知世界供给新技能以及新要领，为量子信息技能的成长带来新机缘。

　　中国迷信技能年夜学史保森传授、周志远副传授为该论文的配合通信作者，博士研究生葛正、韩赵其智为该论文配合第一作者。该研究获得了科技部、国度天然迷信基金委、安徽省以及电磁空间保险国度重点试验室开放基金的赞助。

论文链接

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7565