基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

任继刚; 张涵; 蔡昕东; 印娟; 周飞; 彭承志

doi:10.7498/aps.58.5169

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基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

任继刚 , 张涵 , 蔡昕东 , 印娟 , 周飞 , 彭承志

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基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

任继刚, 张涵, 蔡昕东, 印娟, 周飞, 彭承志

物理学报, 2009, 58(8): 5169-5173.

doi: 10.7498/aps.58.5169

Design of high brightness entangled source based on periodically poled KTiOPO4 crystal

Ren Ji-Gang, Zhang Han, Cai Xin-Dong, Yin Juan, Zhou Fei, Peng Cheng-Zhi

Acta Phys. Sin., 2009, 58(8): 5169-5173.

doi: 10.7498/aps.58.5169

摘要
量子纠缠是量子信息领域的核心资源，目前利用β型硼酸钡（BBO）晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低，它直接制约了量子通信的最远距离，已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO4晶体，采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源，测得的符合计数达到了16×103s-1 mW-1，极化对比度达到27∶1，在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域，为实现全球化量子通信提供了有力的保障.

关键词:
纠缠态 /

准相位匹配 /

周期极化KTiOPO4晶体
Abstract
Entangled states are key resource for quantum information processing. In linear optics quantum computing，the most widely used entanglement resource is polarization entangled photon pairs generated via type-Ⅱ spontaneous parametric down-conversion. However，the brightness is not sufficient to perform quantum communication experiment between ground and satellite. In this paper we have developed a high-brightness entangled resource based on periodic polarization and quasi-phase marched periodically poled KTiOPO4 crystal. The number of generated entangled pairs is about 1.6×104s-1mW-1 and the visibility is 27∶1. Our source is with about one order of magnitude brighter than previous sources based on β-barium borate crystal. This leads to an immediate possibility for applications in the field of quantum key distribution，quantum teleportation and quantum computation. Particularly it would form a solid basis for future global quantum network.

Keywords:
entanglement /

quasi-phase-matched /

periodically poled KTiOPO4 crystal
作者及机构信息
任继刚²,

张涵³,

蔡昕东³,

印娟³,

周飞¹,

彭承志²

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

基金项目: 清华985基金（批准号：051110001）和国家自然科学基金（批准号：60708023）资助的课题.
Authors and contacts
Ren Ji-Gang²,

Zhang Han³,

Cai Xin-Dong³,

Yin Juan³,

Zhou Fei¹,

Peng Cheng-Zhi²

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026
参考文献

施引文献

[1]	卫容宇, 李军, 张大命, 王炜皓. 纠缠态量子探测系统的恒虚警检测方法研究. 物理学报, 2022, 71(1): 010303. doi: 10.7498/aps.71.20211121
[2]	李铭洲, 李志远. 应用于宽带中红外激光产生的啁啾周期极化铌酸锂晶体结构设计及数值模拟. 物理学报, 2022, 71(13): 134206. doi: 10.7498/aps.71.20220016
[3]	卫容宇, 李军, 张大命, 王炜皓. 纠缠态量子探测系统的恒虚警检测方法研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211121
[4]	范洪义, 李学超. 连续纠缠态表象的几种Schmidt分解、物理意义与应用. 物理学报, 2012, 61(20): 200301. doi: 10.7498/aps.61.200301
[5]	李铁, 谌娟, 柯熙政, 吕宏. 大气信道中单光子轨道角动量纠缠特性的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124208. doi: 10.7498/aps.61.124208
[6]	何锐, Bing He. 量子隐形传态的新方案. 物理学报, 2011, 60(6): 060302. doi: 10.7498/aps.60.060302
[7]	任爱红, 刘正颖, 张蓉竹, 刘静伦, 孙年春. 准相位匹配倍频系统的带宽性质研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7050-7054. doi: 10.7498/aps.59.7050
[8]	梁华秋, 刘金明. 噪声环境下基于两体纠缠态的远程态制备. 物理学报, 2009, 58(6): 3692-3698. doi: 10.7498/aps.58.3692
[9]	李体俊. 纠缠态投影算符的积分. 物理学报, 2009, 58(6): 3665-3669. doi: 10.7498/aps.58.3665
[10]	唐有良, 刘翔, 张小伟, 唐筱芳. 用一个纠缠态实现多粒子纠缠态的量子隐形传送. 物理学报, 2008, 57(12): 7447-7451. doi: 10.7498/aps.57.7447
[11]	姜永亮, 赵保真, 梁晓燕, 冷雨欣, 李儒新, 徐至展, 胡小鹏, 祝世宁. 基于周期极化LiTaO3晶体的高增益简并啁啾脉冲参量放大. 物理学报, 2007, 56(5): 2709-2713. doi: 10.7498/aps.56.2709
[12]	张百钢, 姚建铨, 路洋, 纪峰, 张铁犁, 徐德刚, 王鹏, 徐可欣. 抽运光角度调谐准相位匹配光学参量振荡器的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1231-1236. doi: 10.7498/aps.55.1231
[13]	季玲玲, 吴令安. 光学超晶格中级联参量过程制备纠缠光子对. 物理学报, 2005, 54(2): 736-741. doi: 10.7498/aps.54.736
[14]	王霆, 马博琴, 盛艳, 程丙英, 张道中. 周期极化LiNbO3晶体中电极布置对反转畴扩张的影响. 物理学报, 2005, 54(10): 4761-4764. doi: 10.7498/aps.54.4761
[15]	陈云琳, 袁建伟, 闫卫国, 周斌斌, 罗勇锋, 郭　娟. 准相位匹配PPLN倍频理论研究与优化设计. 物理学报, 2005, 54(5): 2079-2083. doi: 10.7498/aps.54.2079
[16]	马红亮, 卫栋, 叶晨光, 张靖, 彭堃墀. 利用周期性极化KTiOPO4晶体参量缩小过程产生明亮振幅压缩光. 物理学报, 2005, 54(8): 3637-3640. doi: 10.7498/aps.54.3637
[17]	倪培根, 马博琴, 程丙英, 张道中. 二维LiNbO3非线性光子晶体. 物理学报, 2003, 52(8): 1925-1928. doi: 10.7498/aps.52.1925
[18]	李永民, 吴迎瑞, 张宽收, 彭墀. 利用准相位匹配光学参量振荡器获得可调谐强度差压缩光. 物理学报, 2003, 52(4): 849-852. doi: 10.7498/aps.52.849
[19]	薛挺, 于建, 杨天新, 倪文俊, 谭莉, 李世忱. 周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡调谐与容差特性分析. 物理学报, 2002, 51(11): 2528-2535. doi: 10.7498/aps.51.2528
[20]	薛挺, 于建, 杨天新, 倪文俊, 李世忱. 周期性极化铌酸锂波导全光开关特性分析. 物理学报, 2002, 51(7): 1521-1529. doi: 10.7498/aps.51.1521

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物理学报. 2009, 58(8): 5169-5173.

doi: 10.7498/aps.58.5169.

基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

1. (1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

基金项目: 清华985基金（批准号：051110001）和国家自然科学基金（批准号：60708023）资助的课题.

收稿日期: 2009-06-15
修回日期: 2009-06-22
刊出日期: 2009-04-05

摘要: 量子纠缠是量子信息领域的核心资源，目前利用β型硼酸钡（BBO）晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低，它直接制约了量子通信的最远距离，已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO4晶体，采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源，测得的符合计数达到了16×103s-1 mW-1，极化对比度达到27∶1，在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域，为实现全球化量子通信提供了有力的保障.

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作者及机构信息

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

Authors and contacts

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

参考文献

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1.
(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

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(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

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(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

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English Abstract

Design of high brightness entangled source based on periodically poled KTiOPO4 crystal

1. (1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026; (3)中国科学技术大学近代物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，合肥 230026

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