星載量子糾纏源關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展應(yīng)用.pdf

1、量子信息是量子物理和信息科學(xué)交叉結(jié)合所產(chǎn)生的新學(xué)科，具有經(jīng)典信息學(xué)無法比擬的優(yōu)勢和前景，同時(shí)也為重新認(rèn)識(shí)和理解量子理論提供了新的途徑，在近些年迅速發(fā)展為學(xué)術(shù)界的重要研究熱點(diǎn)之一。非定域性是量子物理最具爭議的重要特性。自從貝爾不等式提出以來，在各種條件下檢驗(yàn)量子糾纏非定域關(guān)聯(lián)的努力就從未停止。作為邁向量子力學(xué)非定域性終極檢驗(yàn)的重要一步，將量子糾纏源搭載在人造衛(wèi)星上，使得糾纏光子對能被分別發(fā)往地面上相距超過千公里的兩個(gè)地點(diǎn)，驗(yàn)證量子糾纏態(tài)在

2、星地大尺度下是否依然能保持其非定域關(guān)聯(lián)特性。
　　本人參與研制世界上首個(gè)星載量子糾纏源。該量子糾纏源需要能承受衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)、在軌期間惡劣的輻射和溫度環(huán)境以及長期無人維護(hù)的考驗(yàn)，同時(shí)滿足對重量、體積的苛刻要求。為此，我們發(fā)展了一套可靠的光機(jī)集成方案，配合高精度裝校和高效率單模光纖耦合技術(shù)，將傳統(tǒng)的基于Sagnac干涉環(huán)的參量下轉(zhuǎn)換量子糾纏源集成化、工程化。最終，該量子糾纏源每秒可產(chǎn)生高達(dá)8×106對糾纏光子對，保真度超過95

3、％。該量子糾纏源作為“墨子”號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的主要載荷之一，于2016年8月16日發(fā)射入軌。在軌測試數(shù)據(jù)表明該量子糾纏源性能正常，可以開展德令哈-麗江地面站、德令哈-南山地面站之間的千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。
　　通過進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展星載量子糾纏源的裝校工藝，我們將熔融石英材質(zhì)的光學(xué)器件直接粘接在熔融石英基底上以實(shí)現(xiàn)具有極高穩(wěn)定性和極低損耗的干涉儀陣列，并用于量子點(diǎn)單光子源的玻色采樣演示中。量子點(diǎn)單光子源具有很高的亮度和很好的單光

4、子性，但是獨(dú)立源之間的干涉仍然困難。為了得到玻色采樣需要的全同多光子光源，我們使用泡克爾盒陣列和長度精確調(diào)節(jié)的延時(shí)光纖將一個(gè)單光子脈沖序列切為若干個(gè)同步的脈沖序列。由于目前泡克爾盒的重復(fù)頻率遠(yuǎn)低于單光子脈沖的重復(fù)頻率，脈沖序列按組切分。最終，我們演示了5光子/9模式的玻色采樣，采樣率是先前其他研究組最好結(jié)果的24，000倍，超越第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)1～2個(gè)量級(jí)。我們?yōu)椴Ｉ蓸友兄频呐菘藸柡嘘嚵幸脖粦?yīng)用在演示全新的量子密鑰分發(fā)協(xié)