基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

纠缠光子法绝对定标光电探测器量子效率的研究

为了应对国际上“坎德拉”新定义的动向,开展了利用纠缠光子法测量光电探测器量子效率的研究,并建立了测量装置。装置采用351.1 nm连续激光抽运BBO晶体产生纠缠光子场,然后通过双通道门控计数器组成的符合测量系统在702.2 nm和788.7 nm两个波长点对光电倍增管的量子效率进行了测量。同时对单光子脉冲信号获取、噪声抑制及提取、符合时间特性、偶然符合、暗背景计数和器件透过率等影响测量结果的关键因素进行了实验分析并给出了修正分量,最终在两个波长点量子效率测量不确定度小于0.7%。     

分析自发参量下转换光场结构辅助搭建双光子纠缠源

用高灵敏度光谱仪实测纠缠点附近SPDC光场的波长-空间位置关系、强度-空间位置关系,辅助定位光场中的纠缠点位置,搭建双光子偏振纠缠源.测量不同条件下的符合对比度,计算Bell不等式,验证了量子力学的完备性.该方法提升了传统纠缠源实验的教学品质,同时降低此类传统实验的操作难度,减少学生完成纠缠源实验所需时.     

单光子探测器量子效率的绝对自身标定方法

提出一种单光子探测器量子效率的绝对自身标定方案，利用光参量下转换过程中产生的光子对在时间上的相关性，先将参量光束分为两路，然后引入相对延时，使同时产生的孪生光子先后进入单光子探测器，然后将探测器之后的电路分为三路，其中一路直接进入计数器得到探测器所探测到的光子的总计数率，另两路用电路方法引入和光路相当的相对延时，经符合电路后进入计数器，得到前后到达探测器的光子对之间的符合计数率.这样，从符合计数率与总光子计数率之比即可在不需要任何其他探测器或者参照标准的情况下获得探测器的量子效率.文中给出两种方案，分别适     

基于偏振关联光子对的量子密码术实验方案

本文提出了一种用参量下转换光子对振偏纠缠的特性实现的量子密码术实验方案，同Ｅｋｅｒｔ提出的基于参量下转换光子对时空纠缠特性的实验方案相比，本方案省掉了两个复杂的Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ干涉仪和两个昂贵的单光子探测器，简化了系统装置。     

泵浦光强度对纠缠光子品质的影响

纠缠源亮度和品质直接决定其作为量子信息处理资源的应用价值,研究参量转换过程中纠缠对的产生效率和品质随泵浦激光强度的变化关系对制备高品质纠缠源具有基础意义．利用参量下转换、极化后选择和符合计数技术,制备了Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)偏振纠缠态．研究了泵浦激光强度对纠缠光子产生效率、对比度和保真度的影响．结果表明,随泵浦激光强度增大,纠缠对产生效率保持不变,也即纠缠源亮度随激光强度增大而线性增大;纠缠光子的对比度、保真度随激光功率增大而下降．     

泵浦光强度对纠缠光子品质的影响

纠缠源亮度和品质直接决定其作为量子信息处理资源的应用价值,研究参量转换过程中纠缠对的产生效率和品质随泵浦激光强度的变化关系对制备高品质纠缠源具有基础意义.利用参量下转换、极化后选择和符合计数技术,制备了Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)偏振纠缠态.研究了泵浦激光强度对纠缠光子产生效率、对比度和保真度的影响.结果表明,随泵浦激光强度增大,纠缠对产生效率保持不变,也即纠缠源亮度随激光强度增大而线性增大;纠缠光子的对比度、保真度随激光功率增大而下降.     

基于光子间隙随机分布的真随机数源

提出了利用模数转换器提高真随机数源速率的方案, 该方案基于衰减脉冲激光光子间隙随机分布, 可使随机数的产生速率提高十几倍.实验中将时间幅度转换仪与16位模数转换器相结合, 产生的各比特位随机数序列顺利通过了国际通用的随机数检测程序统计测试标准, 该方案实验装置简单, 增强了系统的抗干扰能力. 关键词： 衰减式单光子源 模数转换 延时符合 随机数检测     

相关光子定标的符合测量精度分析

采用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生参量下转换效应,搭建了相关光子辐射定标实验装置,使用时间数字转换和时间幅度转换两种符合测量方法进行比对测量,定标了不同光子速率下雪崩光电二极管在737nm波段的探测效率,分析了在高光子计数率下死时间和后脉冲等因素对符合测量选取符合门宽和意外符合的影响,比较了不同光子计数速率的测量结果并分析符合测量的修正因素,修正后两种测量结果的相对偏差优于0.25%.采用时间间隔技术测量了不同光子计数率的后脉冲概率,为提高单光子探测器的计数精度和相关光子定标的精度提供依据.     

单光子态的产生与测量

报道了通过自发参量下转换产生单光子态的实验研究,使用中心波长425 nm的飞秒脉冲泵浦Ⅰ类非共线相位匹配的BBO晶体,在实验上得到单光子计数率为2.978×10-4,并分析了实验中的相关问题.     

Degenerate entangled photon pairs source based on PPLN waveguide for quantum computation

Integrated photonic devices are expected to play a promising role in the field of quantum information science. In this paper we propose two schemes for generating polarization-mode entangled photon pairs based on titanium-indiffused waveguide on periodically polled lithium niobate by using simultaneous quasi-phase-matching of Type-I and higher order Type-0 spontaneous parametric down conversion processes in one of them and Type-II in another. The photon pairs are emitted at the wavelength of 812 nm suitable for quantum computation applications within a bandwidth of 14 and 0.2 nm, and the generation rate of the degenerate sources is 44,360 and 91 pairs/(s GHz mW) respectively, in a 1-cm long waveguide. These degenerate sources can provide maximally entangled photon pairs as the Tangle of the sources is as high as 0.9999 and 1, accordingly.     

Fiber-based telecom-band degenerate-frequency source of entangled photon pairs

We demonstrate the generation of polarization-entangled photon pairs of degenerate frequency for the first time, to the best of our knowledge, in standard optical fiber using a novel dual-pump, counterpropagating configuration. Two-photon interference with >97% visibility is obtained. The purity of the photon source, as characterized by the ratio of coincidence to accidental-coincidence counts, is shown to be as high as 116 under suitable operating conditions.     

利用光纤中自发四波混频产生纠缠光子的实验装置

基于三阶非线性Kerr效应在光纤中产生非线性现象的理论,利用零色散位移光纤中的自发四波混频通过两种实验装置产生了纠缠光子：一种是采用脉冲光抽运由光纤构成的Sagnac光纤环;另一种是采用脉冲光直接抽运一段光纤.通过对不同装置下实验结果的比较,总结了产生高纯度纠缠光子所需的实验条件,并指出了两种装置各自的优缺点.这为研制适用于量子通信的全光纤纠缠光源和单光子源奠定了基础. 关键词： 纠缠光子 光纤 四波混频 量子通信     

利用光子统计概率测量单分子光子源的信号背景比

理论上研究了基于Hanbury Brown Twiss 探测方式，利用单光子和双光子统计概率P RS(1),PRS(2),直接测量单分子光子源的信号背景比.在研究过程中同时考 虑到单分子布居于暂稳态和探测器量子效率对测量结果的影响.在满足PRS(1)2 PRS(2)-3PRS(2)的条件时，研究给出了一种有效测量信号背景比的方 法SBR=P2RS(1)/2PRS(2).另外，分析讨论了Mandel参数Q 与信号背景比之间的关系. 关键词： 单分子光子源 信号背景比 光子统计 暂稳态 Mandel参数     

Single photon sources with single semiconductor quantum dots

In t.his contribution, we briefly recall the basic concepts of quantum optics and properties of semicon- ductor quantum clot. （QD） which a.re necessary to the nnderstanding of the physics of single-photon generation with single QDs. Firstly, we address the theory of quantmn emitter-cavity system, the fluorescence and optical properties of semiconductor QDs, and the photon statistics as well as opti- cal properties of the QDs. We then review the localizatioll of single semiconductor QDs in quantum confined optical microcavity systems to achieve their overall optical properties and perfornances in terms of strong coupling regime, elfieiency, directionality, and polarization control. Furthermore, we will discuss the recenl, progress on the fabrication of single photon sources, and various a.pproaehes for embedding single QDs into mieroca,vities or photonic crystal nanoeavities and show how to ex- tend the wavelength range. We focus in part;icular on new generations of electrically driven QD single photon source leading to high repetition rates, efficiencies at elevated temperature operation. Besides strong eoupling regime, and high collection new development;s of room temperature sin- gle photon emission in the strong coupling regime are reviewed. The generation of indistinguishable photons and remaining challenges for pract ical single-photon sources are also discussed.     

一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议

在实际量子密钥分发系统中,由于设备、器件存在缺陷,在量子态制备过程中往往存在误差,而这些态制备误差会导致一定的系统安全性漏洞.本文在Tamaki等(Phys. Rev.A 90 052314)的工作基础之上,提出了一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议.本文将发送端制备态误差进行参数刻画并带入量子密钥协议安全性分析之中,避免了实际应用中由于态制备装置的不理想可能引入的安全性漏洞,提高了系统的安全性.同时,为了方便起见,本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算.仿真结果显示,本文提出的协议对态制备误差具有很好的鲁棒性.同时,由于标记单光子源具有真空脉冲概率低的优点,与此前基于弱相干态脉冲的同类协议相比,我们的协议在传输距离较远时能够显示出更优的性能.因而,该工作有望为未来发展长距离量子保密通信应用与研究提供重要的参考价值.     

脉冲抽运光啁啾对全光纤量子关联光子对纯度的影响

信号与闲置光子波长均为1550 nm 通信波段的全光纤关联光子对源, 具有低成本以及可与现有光纤网络低损耗连接的特点. 进一步优化其纯度, 将有助于提高这种量子光源的实用化程度.当抽运脉冲光在光纤中传输时, 由于色散和Kerr非线性效应的影响, 会不可避免地引入啁啾. 本文利用脉冲激光抽运零色散位移光纤, 研究了抽运光啁啾对关联光子对纯度的影响. 结果表明, 通信波段小失谐关联光子对的纯度随啁啾的增大而下降. 若采用变换极限的锁模激光为抽运源, 将有助于抑制Raman散射对自发四波混频的影响, 提高光子对的纯度. 关键词： 关联光子对 光纤 自发四波混频 啁啾     

基于周期极化晶体MgO:PPLN的纠缠光子对制备过程的研究

基于二阶非线性效应的自发参量转换技术制备纠缠光子对过程中,以掺5 mol%MgO:PPLN周期极化晶体为研究对象,将光参量变换过程中的动量守恒和能量守恒条件与该晶体的色散方程,以及晶体极化周期随温度变化的热膨胀方程相联系,得到了355 nm、405 nm、532 nm、780 nm和1 064 nm这5个实验室常用波长点在制备纠缠光子对时的周期调谐特性和温度调谐特性。研究过程中发现,出现了晶体极化周期过小和产生两对纠缠光子对问题,总结并归纳了各波长点在一定极化周期和温度下与非线性晶体作用所产生的纠缠光波段范围。当选用其他非线性周期极化晶体进行实验时,改变QPM动量守恒条件中的极化周期项,同时根据具体使用的晶体改变色散方程。该研究方案可直接推广到使用不同非线性晶体产生通信光波段或红外光波段的纠缠光子对研究中,在制备量子光源等领域具有重要研究价值。     

基于光子晶体光纤的高纯度量子关联光子对的制备

使用脉冲光在室温下抽运一根长1 m 的高非线性光子晶体光纤, 产生了中心波长分别位于830 nm 和1411 nm的具有量子关联性的闲频与信号光子. 实验中闲频和信号通道的带宽分别是15 nm和35 nm. 对单通道光子计数率的拟合结果显示光子几乎全部来源于光纤中的自发四波混频过程, 未受到Raman散射噪声的影响. 当闲频和信号通道的光子产生率约为每脉冲0.0085个时, 测得符合计数率与随机符合计数率的比值为102, 接近理论极限, 不仅证明了光子对的低噪声性, 而且表明所产生的光子对本身具有窄带频谱特性, 因而实验中对其收集效率很高. 此外, 这种高纯度关联光子对还联接了不同波段, 在量子信息技术中有着潜在的应用.     

Generation of remote multi-photon entangled state from Einstein-Podolsky-Rosen photon pairs

We describe a protocol for generation of remote multi-photon entanglement using Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) photon pairs via entanglement swapping. According to the requests of users, Quantum Switch (QS) can prepare three-photon W entangled states or Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states based on independent, spatially separated EPR pairs among three distant users. Only Bell states measurement (BSM) is needed utilizing a CPHASE gate and PAs. This protocol can also generate remote N-photon GHZ entangled states.