宽带量子µm合成器（BQS）项目是英国和加拿大合作开展的项目，旨在推进超快量子µm光子学的前沿发展。该项目获得英国创新署（Innovate UK）45万英镑的资助，于2023年9月启动，为期两年。其目标是开发世界上首个封装式超宽带压缩光脉冲源，该设备对于下一代量子µm传感、通信和成像技术至关重要。
BQS项目充分利用了英国和加拿大的互补专业知识：
- Few-Cycle 公司提供核心 FOPA（傅里叶平面光参量放大）平台，并将领导该项目和系统集成。
- Covesion 贡献了其在定制工程 PPLN 晶体方面的先进能力，该晶体具有空间变化的极化周期，这对于傅里叶平面上的相位匹配至关重要。
- 格拉斯哥大学和加拿大国家研究委员会将共同开发和验证该系统，并在诸如量子µm增强高次谐波产生和压缩光频率转换等前沿实验中进行验证。
BQS计划的核心是开发持续时间低于100飞秒（fs）的压缩光脉冲，理想情况下可短至40fs，从而实现超过3dB的量子µm噪声降低。这些“压缩”光态是光子纠缠场，其灵敏度和信息容量均超越经典光。它们构成了量子µm计量学的基础，能够在光谱学、显微镜学和成像学领域实现前所未有的测量精度，并且对量子µm通信和计算系统至关重要。
尽管利用连续波或长脉冲可以产生高度压缩（>15dB），但目前尚无切实可行的方案在超快时间尺度上产生宽带、高度压缩的光。这对于先进的量子µm应用，特别是生物成像领域而言，是一个主要的限制，因为生物事件发生在飞秒时间尺度上。BQS项目旨在通过一种紧凑、可靠的光源来填补这一空白。
BQS系统将基于一种名为傅里叶平面非线性光学的创新方法构建。这项技术已获得专利并独家授权给Few-Cycle公司（美国专利号9,910,339），它克服了长期以来阻碍超快压缩光产生进展的增益和带宽之间的权衡问题。在该系统中，超宽带脉冲在脉冲整形器的傅里叶平面上进行光谱分解。每个窄带光谱切片都在空间复用的非线性晶体中单独放大，具体而言，是Covesion公司开发的周期性极化铌酸µm（PPLN）晶体。这些切片随后被重新组合，从而产生一个短的、高度压缩的宽带宽脉冲（目标带宽>100nm，未来原型可达300nm）。
这种架构允许对每个频率分量进行相位匹配、独立操控，从而µm传统参量放大技术的限制，并能够生成持续时间小于 100fs 的压缩脉冲，甚至可能达到 40fs。
BQS系统的成功开发将为连续变量量子µm光学提供一个重要的构建模块。在该领域，数十亿光子之间的宏观纠缠为当今已知最灵敏的测量提供了动力。应用领域包括：
- Quant µm增强型非线性显微镜，能够以更高的精度检测微弱的生物信号。
- 通过将压缩光嵌入量子µm密钥分发系统来实现安全通信。
- 量子µm计算，尤其是在利用连续变量状态的架构中。
- 量子µm光谱技术，能够以前所未有的分辨率研究超快分子动力学。
该系统还将进行量子µm秒光谱学的验证，这是一个新兴领域，需要具有极高时间和光谱精度的压缩脉冲。
BQS平台将有三种主要商业输出：
- 适用于科研和工业实验室的独立式量子µm合成仪。
- 用于显微镜和材料加工的新一代光学参量放大器。
- 子组件，例如扇出型 PPLN 晶体，扩展了 Covesion 的产品线，以满足全球 QT 供应链的需求。
此外，该项目有望产生新的知识产权（IP）和性能数据，为未来的产品和市场进入奠定基础。
BQS项目体现了英加两国在量子µm技术领域的双边合作精神。该项目汇集了政府和产业界超过10亿英镑的资金支持，旨在推动量子µm领域的合作，实现将前沿量子µm科学转化为实际应用工具的战略目标。通过融合学术界和产业界的专业知识，该项目为可扩展的光子量子µm系统奠定了基础，拓展了传感、通信和生物成像领域的应用边界。
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