多维光量子态空域调控及量子刻蚀研究

Quantum Information is an emerging interdisciplinary area of subject in information science and quantum physics. It includes quantum cryptography, quantum communication and quantum computer. The core content of quantum information is manipulation of quantum states, which impose deep impact to the development of information technology. The multi-dimensional quantum states is inexorable trend. This project mainly devotes to spatial manipulation of multi-dimensional quantum states and quantum lithography. We will prepare the multi-dimensional quantum states using the spatial polarizer and master the key technology. The spatial correlation quantum effects will be studied and the physical mechanism will be explored in order to discover the new spatially-correlated phenomenon and effect and discuss the basic question of multi-dimensional quantum states. Another subject of this project is to study the quantum lithography. The new scheme for different lithography patterns and resolution will be demonstrated.

量子信息是信息科学与量子物理相结合产生的新兴交叉学科。无论是量子密码术、量子通信，还是量子计算机，其核心内容就是对量子态的调控，即量子态的制备、传输、存储和提取等。信息技术的发展关键在于它承载的信息量多少。因此，多维度量子态将是量子信息发展的必然趋势。本项目主要研究多维光量子态空域调控及其在量子刻蚀中的应用。利用空间偏振器件，创建多维光量子态制备的新方法，掌握其关键技术；研究与其相关的空间关联量子效应并探索其物理机理，发现与其相关的空间关联量子新现象和新效应；探讨多维光量子态的基本物理问题，提出利用多维光量子态进行量子刻蚀的新思路，阐明量子刻蚀过程中的物理规律，探求不同功能的量子刻蚀新方案。

量子信息科学是基于微观粒子传递信息的前沿方向，有望突破现有信息科学瓶颈，改变人们信息传递和处理的模式。随着量子科学技术的发展，快速、大容量的实用化需求越来越迫切。本项目主要围绕多维量子态的调控和应用展开，发现与其相关的空间关联量子新现象和新效应，探讨多维光量子态的基本物理问题。通过飞秒矢量光场的调控实现了快速图形化直写技术，制备了轨道角动量控制的关键器件；在非线性晶体中实现了多维轨道角动量纠缠量子态，并对其基本特性及在多维量子成像应用方面进行了研究；首次实现了轨道角动量Bell态的完全测量和量子信息密集编码，有望应用在高速量子通信中。项目执行期间，共发表SCI论文19篇，申请国家发明专利3项，授权1项。培养毕业博士研究生6人，毕业硕士研究生4人。