2025 量子糾纏光源性能表征和測試方法

量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標準、量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布I 2 2 2 25.4量子點糾纏光源 2 2 2 3 36.4單光子純度 36.5單光子模式純度 46.6光子全同性（HOM干涉可見度） 4 4 7 7 7 87.4單光子純度 97.5單光子模式純度 97.6光子全同性（HOM干涉可見度） 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件主要起草人：周強、范云茹、、付在明1量子糾纏光源性能表征和測試方法GB/T43737-2024量子測量4縮略語CAR：符合-偶然符合計數(shù)比（Coincidence-to-accidentaDWDM：密集波分復用器（Densewavelengthdivisionmultiplexer）HOM：洪-區(qū)澤宇-曼德爾（Hong-Ou-Mandel）HWP：半波片（Half-wavepNV：氮空位（Nitrogenvacancy）P：偏振器（Polarizer）PC：偏振控制器（PolarizationcontrollPD：光電探測器（PhotodetectSFWM：自發(fā)四波混頻（SpontaneousfouSNW：納米硅波導（SiliconnanoSPD：單光子探測器（SinglephotonSPDC：自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SpontaneousparametricdowncTDC：時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TimetodigitalconvertUMZI：非平衡馬赫-曾德爾干涉儀（UnbalancedMach-Zehnderinterferometer）VOA：可調(diào)光衰減器（Variableopticalattenuator）VODL：可調(diào)光學延時線（Variableopticaldelayline）2學材料利用自發(fā)四波混頻（Spontaneousfourwavemixing，SFWM）過程進行制備，三是基于量子點SPDC糾纏光源利用二階非線性效應(yīng)制備糾纏源四波混頻過程是一種常見的三階非線性過程。在滿足相位匹配條件的情況下通過四波混頻過程可述四波混頻過程可以通過頻率視為頻率為coi和w2的光場與處于率處于單光子水平，不足以引起任何受激輻射效應(yīng)，則可以將上述過程被稱為自發(fā)四波混頻過程。5.4量子點糾纏光源基于半導體材料的量子點（或其它輻射子，如NV色心）糾3機符合。符合-偶然符合計數(shù)比（Coinciden單光子產(chǎn)生率定義為單位泵浦功率下每個通道單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光子數(shù)。測量過程需要對光子的6.3宣布式單光子源的宣布效率宣布式單光子源是關(guān)聯(lián)光子對的重要應(yīng)用之一，在保證單光子輸出的同時可以大大降低空脈沖的對的量子關(guān)聯(lián)特性，通過探測關(guān)聯(lián)光子對中的其中一個光子（比如閑頻光子將輸出的電信號作為觸分別輸入至符合測量模塊進行邏輯符合運算。設(shè)宣布電信號下輸出光子波包中包含一個光子的幾率為4P(1)，包含兩個光子的幾率為P(2)，忽略三個光子及更多光子的幾率，則宣布單光子的單光子純度gH(2(t=0)為：6.5單光子模式純度單光子的模式純度由二階自相關(guān)函數(shù)g2(0)衡量，可以通過Hanbury-BrownandTwiss(HBT)實驗和SPD2探測。探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其中一路經(jīng)過一個延時器（延時量為τ)后與另一路信6.7不同自由度量子糾纏的性能表征5要求兩個干涉儀的臂長差對應(yīng)的時延At大于關(guān)聯(lián)光子對的相干時間以保證在任何一路都不會發(fā)生單光臂，s和i分別表示信號光子和閑頻光子；能量-時間糾纏還可以通過雙光子干涉進行測量。關(guān)聯(lián)光子對輸入至非平衡邁克爾遜光纖干涉儀中在能量-時間糾纏雙光子態(tài)中雙光子在頻率自由度或產(chǎn)生時間上是以連續(xù)的形式疊加在一起的，因?qū)τ诜呛啿⒌哪芰?時間糾纏雙光子態(tài)，得到的反群聚路徑糾纏態(tài)同時也是頻率片糾纏雙光子態(tài)。通過空間拍效應(yīng)測試反群聚路徑糾纏雙光子態(tài)的頻率糾纏特性。從非平衡馬赫-曾德爾干涉儀（UnbalancedMach-Zehnderinterferometer，UMZI）兩個端口輸出振控制器（Polarizationcontrolle通過密集波分復用器（Densewavelengthdivisionmult6光分束器時的相對延時差，sinc(·ΔT)述了空間拍雙光子干涉條紋的包絡(luò)線，可以用角頻率帶寬為a相位差，理想態(tài)的初始相位p0。對能量-時間糾纏雙光子態(tài)進行離散化可以對光子的產(chǎn)生時間進行離散化，這便能得到時間片糾纏通過雙脈沖激光泵浦非線性介質(zhì)即可產(chǎn)生二維時間片糾纏光子對。單個時間片量子比特的投影測量可以通過一個兩臂之間的相對延時差等于時間片時間間隔的UMZI來實現(xiàn)的。通過 態(tài)依賴于UMZI兩臂之間的相位差，所以也被稱為“能量基”。 通過適當?shù)倪x擇自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程或自發(fā)四波混頻過程中的相位匹配方式和實驗設(shè)計，當泵浦子會分布在兩個相交的光錐面上，因交線上一起出現(xiàn)的正交偏振光子由同一個自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生，具有量子關(guān)聯(lián)特性；同時，由于無法區(qū)分它們究竟來自哪一個光錐面，形成如 1l/ 1l/2(IHsvieiVSHi)7m/4rad時符合計數(shù)Ncc隨著2變化的干涉條紋來干涉可見度v大于1//2，等效于違背Bell不等式，雙光子具有偏振糾纏特性。疊加態(tài)的量子比特（qubits）不同，高維系統(tǒng)可以處于多種狀態(tài)的疊加態(tài)，從而增加了系統(tǒng)的復雜性和糾纏量子態(tài)可以通過6.7.1節(jié)中描述的雙光子干涉可見度進行表征。圖1符合計數(shù)率、偶然符合計數(shù)率和符合-偶然符合計數(shù)比測試配置圖a)按照圖1搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、單光子探測器與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。配置測試裝置確保產(chǎn)生信號/閑頻糾b)設(shè)置分光濾波裝置的通過波長，選擇出對應(yīng)的信號光子和閑頻光子；c)將選取出的信號光子和閑頻光子分別輸入到兩個單光子探測器進行探測，由時間數(shù)字-轉(zhuǎn)換器d)按照公式（1）計算符合-偶然符7.2單光子產(chǎn)生率8a）按照圖1搭建測試系統(tǒng)；b）按照YD/T3907.4-2024（基于BB84協(xié)議的量子密鑰分發(fā)（QKD）d）按照7.1.2中描述的方法測試符合計數(shù)率Ncc；7.3宣布式單光子源的宣布效率圖2宣布式單光子源的宣布效率測試配置圖a）按照圖2錯誤:未找到引用源。搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、50/50分束器、單光子探測器與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。配置測試裝置確保產(chǎn)生信號/閑頻糾纏光子d）TDC分別記錄SPD1-3的單光子計數(shù)率，記為Ni、N2和N3；將SPD1輸出電信號作為宣布9a）按照圖2錯誤:未找到引用源。搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、50/50分束器、單光子探測器與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。配置測試裝置確保產(chǎn)生信號/閑頻糾纏光子b）使用分光濾波模塊選擇出信號光子和閑c）TDC分別記錄SPD1-3的單光子計數(shù)率，記為Ni、N2和N3；同時將SPD1輸出電信號作為d）根據(jù)公式計算單光子二階相關(guān)函數(shù)g(τ)。圖3單光子模式純度測試配置圖a)按照圖3錯誤:未找到引用源。搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、50/50分束器、延時器、單光子探測器與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。配置測試裝置確保產(chǎn)生信號/閑頻d)按照公式（6圖4光子全同性測試配置圖c)通過改變延時器來調(diào)整兩個光路的時間差?t，得到不同時間差?t下的符合計數(shù)N；7.7糾纏參數(shù)圖5能量-時間糾纏測試配置圖a）按照圖5搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、分束器、延時器、合b）設(shè)置分光濾波裝置的通過波長，選擇出對應(yīng)的信號光子和c）將選取出的信號光子和閑頻光子分別經(jīng)過由分束器、延時器、合束器組成的非平衡馬赫-曾德和閑頻光子的中間峰符合計數(shù)率Ncc；e）根據(jù)公式計算干涉可見度V。圖6頻率片纏測試配置圖分束器、延時器、偏振控制器、合束器、分光濾波模塊、偏振控制器、單光子探測器與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。配置測試裝置確保產(chǎn)生信號/閑頻糾率N滿足公式（9時間片糾纏的測試配置與能量-時間糾纏的測試配置一致。在時間片糾纏制備和測試中，泵浦激光a）按照圖5搭建測試系統(tǒng)；依次連接待測量子糾纏光源、分光濾波模塊、分束器、延時器、合b）設(shè)置分光濾波裝置的通過波長，選擇出