現有的基于非線性光學過程的糾纏量子光源，在維度擴展以及光子數增加方面面臨著光學系統復雜、可集成度低、穩定性弱等問題，并不能滿足量子通訊、量子計算、量子計量等領域對于高維、多光子的實用化需求，制約著光量子信息朝著大規模集成方向發展。最近，一種“超構表面”的微結構薄膜材料的研究，為量子光源及光量子信息技術的發展提供了一條全新路徑。6月26日，南京大學、香港理工大學、中國科學技術大學和華東師范大學等高校學者，將這項名為“基于超構透鏡陣列的高維糾纏和多光子源”的研究發表于國際頂級期刊《科學》。
論文的共同第一作者、南京大學副教授王漱明介紹，在此項研究中，科研人員將超構透鏡與非線性光學晶體組合在一起，構成全新的超構表面量子光源系統。他們設計并制備出10×10的超構透鏡陣列，使用泵浦激光入射到該系統，超構透鏡陣列將泵浦激光均勻的分成10×10份，并在β相偏硼酸鋇晶體中聚焦，聚焦的泵浦光在β相偏硼酸鋇中發生自發參量下轉換過程，產生一系列信號/閑置光子對。
實驗中，他們采用波長為404納米的連續激光作為泵浦光，測量了由超構透鏡陣列中不同的超構透鏡產生的光子之間的糾纏特性。實驗測得所構成的二維、三維以及四維路徑糾纏態的保真度分別達到98.4%，96.6%和95.0%。
不僅如此，超構透鏡具有靈活的光場調控能力，可以對光場的相位、偏振、振幅等集成調控，從而進一步調制糾纏態。在該項研究中，研究團隊通過對超構透鏡的相位設計，對所制備的量子糾纏態進行了精細的相位編碼，并通過實驗進行了很好的證明，同時證明產生的多光子量子光源具有很好的性質。
王漱明表示，該研究通過將超構表面技術引入量子信息領域，實現了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現有量子光源的技術瓶頸和信息編碼維度限制，有望應用于高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領域，對于發展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術具有重要意義。
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