应用
生成高频率纠缠光子对的能力是量子µm密钥分发（QKD）和量子µm信息处理（QIP）系统的关键要求。QKD为构建安全社会提供了前景，包括保护关键基础设施和重要数据；而QIP则为实现容错通用量子µm计算开辟了道路，从而加快药物研发速度并优化复杂系统。.
主要目标
- 开发周期极化锂µm铌酸盐（PPLN）波导，用于高效产生光子对。.
- 结合波导的高效率特性和高功率 p µm p 光源，设计一种能够高速率产生纠缠光子的光学系统。.
- 证明在电信波长（1560nm）下，偏振纠缠光子的生成速率较高（>1GHz，符合欧洲航天局定义的市场要求）。.
- 为实现波导晶体和集成纠缠光子源提供市场化途径。.
项目成功
我们开发了PPLN波导，可实现高效的二次谐波产生（SHG）和自发参量下转换（SPDC）。该波导针对1560nm基频波长下的单模工作进行了优化，其模场分布（MFD）与标准（PM1550）光纤跳线高度匹配，从而实现了光纤集成的高耦合效率。 [1] .
我们设计并制造了一个采用PPLN波导的光学平台演示器。该系统包括三个阶段；
- 第一阶段，SPDC p µm p 源：基于放大后的（1560nm）电信激光器的二次谐波产生（SHG）的 780nm 源。高效二次谐波产生由 PPLN 波导提供。.
- 第二阶段，光子对产生：PPLN波导通过自发参量下转换（SPDC）在1560nm处产生光子对。通过将SPDC波导置于萨格纳克干涉仪中，实现了偏振纠缠。.
- 第三阶段，光子对检测：信号光子和闲置光子被分成两条路径，分别使用偏振光学器件进行分析，并使用超导纳米线单光子cto（SNSPD）进行时间相关单光子计数（TCSPC）测量。.
CHSH（Clauser-Horne-Shimony-Holt）参数的测量（2 < S = 2.73 < 2.83）证明了光子纠缠的存在，CHSH S > 2 则证明了纠缠的存在。在低增益状态下，对对生成速率的测量表明，在平均光子数 n µm为 0.1 时，最大µm对生成速率为 1.48 GHz。这些对演示光源性能的测量结果可以转化为µm密钥分发 (QKD) 参数。对于采用预报单光子的 BB84 协议，使用该光源可以获得的最大µm密钥速率经计算为 0.633 Gbps，偏振鉴别保真度为 98%。.
演示系统的性能在表 1 中进行了µm，更多详细信息请参见[此处]。 [2].
对生成率
开发
这款工作波长为 1560/780nm 的 SHG/SPDC 波导已作为商业产品发布。Covesion 公司提供采用光纤耦合封装的该波导，其输入和输出端分别使用 PM1550 或 PM850 光纤，使其适用于 SHG 和/或 SPDC 转换。.
为了使纠缠光源能够量产并作为商业产品发布，我们计划开展进一步的研究工作。这些工作包括光源小型化、集成pµm激光光源、采用全光纤结构（包括光纤耦合波导模块）以及全面降低尺寸、重量和功耗（SWaP-c）。.
总体而言，该项目已成功演示了一种工作频率高于1GHz的偏振纠缠光子源。从而为实际应用适用于量子密钥分发（QKD）和量子µm网络市场需求的光子源提供了途径。.
参考
- Lewis G. Carpenter、Sam A. Berry、Rex HS Bannerman、Alan C. Gray 和 Corin BE Gawith，“ZnO 扩散 MgO:PPLN 脊波导”，Opt. Express 27, 24538-24544 (2019)
- B. Ndagano 等人，“使用 0 型 PPLN 波导的千兆赫兹速率偏振纠缠光子源”，2024 年激光与光电子学会议 (CLEO)，美国北卡罗来纳州夏洛特，2024 年，第 1-2 页。.
