我校郭光燦教授團隊任希鋒副院長等人與北京學院祝世寧教授團隊，及澳門理工學院、華東師范學院等單位合作，在高維、多光子量子糾纏光源研究中取得了重大突破。6月26日，研究成果以-array-basedhigh-andmulti-為題發表在《》上。
隨著光量子信息技術的發展，現有的量子光源制備方案在提升糾纏維度以及糾纏光子數方面都面臨著光學系統復雜、可集成度低、穩定性弱等問題，早已不能滿足量子估算、量子通信、量子計量等領域的需求，阻礙著光量子信息朝著大規模集成方向發展。近來，超構表面的研究為量子光源及光量子信息技術的發展提供了一條全新的路徑。
研究者引入超構表面技術，將超構透鏡與非線性光學晶體組合在一起，構成全新的超構表面量子光源系統。她們制備出10X10的超構透鏡陣列，該陣列將泵浦激光均勻地分成10X10份，在BBO晶體中聚焦發生自發熱阻下轉換過程，可制備100維路徑糾纏，也可以形成多光子。降低透鏡陣列數還可以進一步提升糾纏光子的維度。
圖一：基于超構透鏡陣列的量子光源系統
實驗測得所構成的二維、三維以及四維路徑糾纏態的保真度分別達到98.4%，96.6%和95.0%。除了這般，超構透鏡具有靈活的光場調控能力，可以對光場的相位、偏振、振幅等集成調控。研究團隊通過對超構透鏡的相位設計，對所制備的量子糾纏態進行了精細的相位編碼，并通過實驗進行了挺好的證明。在多光子方面，研究者借助415nm的皮秒激光作為泵浦源，檢測了由該系統制備的4光子和6光子的符合曲線，并展示了4光子Hong-Ou-干涉的結果，得到很高的干涉對比度，證明形成的多光子量子光源具有挺好的性質。
圖二：制備的高維糾纏態的表征。
該工作通過引入超構表面技術，實現了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現有量子光源的技術困局和信息編碼維度限制，有望應用于高維度的量子通訊、量子估算、量子儲存等領域，對于發展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術具有重要意義。
李林博士（北京學院訪問學者，現華中師范學院研究員）、劉澤玄（北京學院博士生）、任希鋒副院長（中國科學技術學院）、王漱明副院長（上海學院）為本工作并列第一作者。北京學院張利劍院士、王漱明副院長、王振林院士、祝世寧教授和臺灣理工學院蔡定平院士為該項成果的并列通信作者。我校郭光燦教授量子通訊陣列量子通訊陣列，柳必恒副院長為合作作者。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科大學、安徽省以及中國科學技術學院的捐助。
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（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部）