连续变量量子纠缠态光源样机的研制

Quantum entanglement is the basic unit for the realization of quantum communication and the implementation of quantum computing in quantum information science. Utilizing quantum entanglement, we can accomplish the impossible tasks in the frame of classical information processing. With the development of quantum information technique and its practical requirements, it is very important to investigate the practical, operational, instrumental entanglement in the continuous variable (CV) and extend the wavelength of the entanglement to the band of optical fiber communication. This project intends to obtain a CV entanglement model machine at 1.08μm by using the all-solid-state laser technique and nonlinear frequency conversion technique. Based on the achivement of dual-wavelegth continuous-wave single-frequency all-solid-state Nd:YVO4 laser at 671nm and 1.34μm with watt-level output, a CV entanglement model machine at the low-loss optical fiber communication wavelength of 1.34μm will be realized. Meanwhile, we will explore the relevant principles, develop the core technology and achieve the independent intellectual property rights during the realization of miniaturizing and practical entanglement model machine.

在量子信息科学研究中，量子纠缠是实现量子通信、执行量子计算的最基本单元，利用量子纠缠可以完成经典信息处理不能完成的工作。随着量子信息技术的发展及其实用化的要求，一个重要的工作就是研制出实用化、可操作、仪器化的连续变量量子纠缠态光源，同时将连续变量纠缠态光源的波长扩展到低损耗的光纤通信波段。本项目拟采用采用全固态激光技术和非线性光学频率变换技术首先获得波长为1.08μm的连续变量量子纠缠态光源样机。在此基础上，为将连续变量量子纠缠态光源样机的波长扩展到光纤通信的低损耗波段(1.34μm)，首先进行输出波长分别为671nm和1.34μm的双波长瓦级全固态连续单频Nd:YVO4激光器样机的研制，进而研制出波长为1.34μm的连续变量量子纠缠态光源样机。在连续变量量子纠缠态光源样机的小型化、实用化过程中，我们将进行相关原理的探索和研究，同时加强核心技术和自主知识产权的获得。

在量子信息科学研究中，量子纠缠是实现量子通信、执行量子计算的最基本单元，利用量子纠缠可以完成经典信息处理不能完成的工作。随着量子信息技术的发展及其实用化的要求，一个重要的工作就是研制出连续变量量子纠缠态光源样机，同时将纠缠态光源的波长扩展到低损耗的光纤通信波段。.本项目围绕连续变量量子纠缠态光源样机的研制，开展了相关研究工作，并取得以下研究成果。首先，进行了作为量子纠缠态光源样机泵浦光源的高功率低噪声双波长全固态单频连续波激光器的设计和研制，研制出输出功率分别为3.0 W 和1.8 W 的671 nm/1.34 μm双波长激光器样机，输出功率分别为20.0 W 和4.4 W 的532 nm/1.06 μm双波长激光器样机，输出功率分别为7.2 W 和2.1 W的 540 nm/1.08 μm双波长激光器样机。其次，为将量子纠缠态光源的波长扩展到光通信波段和原子吸收线，进行了波长位于光通信波段(1.5 μm)和铷原子吸收线(795 nm)的单频连续波激光器的研制。1.5 μm单频连续波激光器的输出功率达6 W，795 nm单频连续波激光器的输出功率达2.8 W。第三，进行了1.08 μm连续变量量子纠缠光源样机的研制，量子纠缠光源的量子纠缠度达5.1 dB，该样机已提供给南京大学固体微结构物理国家重点实验室使用。第四，进行了中心波长分别为1.34 μm和1.5 μm的光纤通信波段连续变量量子纠缠光源的研制，量子纠缠光源的量子纠缠度分别达3 dB和8.3 dB。第五，进行了中心波长分别为1.06 μm和795 nm连续变量量子压缩光源样机的研制。1.06 μm压缩光源的压缩度达7.69 dB，该样机已提供给北京空间机电研究所使用；波长位于铷原子吸收线的795 nm压缩光源的压缩度达3.1 dB，该样机已提供给华东师范大学物理系使用。.围绕上述研究工作，共发表学术论文43篇，其中Opt. Lett. 4篇、Opt. Expres. 6篇、Laser Phys. Lett. 1篇、IEEE J. Quant. Electron. 1篇。获得中国发明专利授权7件、申请中国发明专利12件。获山西省自然科学二等奖1项。培养毕业博士生6名、毕业硕士生11名。