星載量子糾纏源關鍵技術與發(fā)展應用.pdf

1、量子信息是量子物理和信息科學交叉結合所產(chǎn)生的新學科，具有經(jīng)典信息學無法比擬的優(yōu)勢和前景，同時也為重新認識和理解量子理論提供了新的途徑，在近些年迅速發(fā)展為學術界的重要研究熱點之一。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，在各種條件下檢驗量子糾纏非定域關聯(lián)的努力就從未停止。作為邁向量子力學非定域性終極檢驗的重要一步，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地點，驗證量子糾纏態(tài)在

2、星地大尺度下是否依然能保持其非定域關聯(lián)特性。
　　本人參與研制世界上首個星載量子糾纏源。該量子糾纏源需要能承受衛(wèi)星發(fā)射時的強烈震動、在軌期間惡劣的輻射和溫度環(huán)境以及長期無人維護的考驗，同時滿足對重量、體積的苛刻要求。為此，我們發(fā)展了一套可靠的光機集成方案，配合高精度裝校和高效率單模光纖耦合技術，將傳統(tǒng)的基于Sagnac干涉環(huán)的參量下轉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”號量子科學實驗衛(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量子糾纏分發(fā)實驗。
　　通過進一步改進發(fā)展星載量子糾纏源的裝校工藝，我們將熔融石英材質的光學器件直接粘接在熔融石英基底上以實現(xiàn)具有極高穩(wěn)定性和極低損耗的干涉儀陣列，并用于量子點單光子源的玻色采樣演示中。量子點單光子源具有很高的亮度和很好的單光

4、子性，但是獨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節(jié)的延時光纖將一個單光子脈沖序列切為若干個同步的脈沖序列。由于目前泡克爾盒的重復頻率遠低于單光子脈沖的重復頻率，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果的24，000倍，超越第一臺電子計算機(ENIAC)1～2個量級。我們?yōu)椴Ｉ蓸友兄频呐菘藸柡嘘嚵幸脖粦迷谘菔救碌牧孔用荑€分發(fā)協(xié)