《低噪單光子頻率轉換研究及其在量子通信中的套用研究》是依託中國科學技術大學，由張強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低噪單光子頻率轉換研究及其在量子通信中的套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張強
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬在實驗上研究二階非線性單光子頻率轉換過程中的噪聲產生原因和譜強度分布等，研究如何提高頻率轉換的信噪比, 從而實現高效率、低噪聲的光學頻率轉換，並將之套用於量子通訊， 我們將通過合頻轉換，將通訊波段的單光子上轉換為可見光單光子，用矽單光子探測器探測，在此基礎上實現高速度、遠距離量子密碼和量子通信。我們將通過差頻轉換，將基於衛星的量子通信所用可見光轉換成為通訊波段光，從而形成全球量子通信網路。
結題摘要
量子通信可以提供無條件安全的保密通信，一直是近年來的一個科學研究熱點，各國政府和企業都投入大量的人力物力進行研究，在過去的十年內取得了許多重大的突破。然而，量子通信技術也存在著很多技術瓶頸。其中之一就是頻率差異，用於地面光纖網路的量子通信採用1550 nm通信波段，但是當前最優的商用矽雪崩二極體單光子探測器只能探測可見和近紅外光，無法探測該通信波段的單光子，而自由空間量子通信和量子存儲器常用的信號源是800 nm的弱相干光或者量子糾纏光，無法在通信光纖裡面傳播，使得自由空間，光纖網路和量子存儲器三者之間無法實現有效連線。 解決頻率差異的常規途徑是利用非線性光學中的合頻、差頻，即將某一波段的光子通過非線性效應轉換為另一波段實現波長匹配，同時保持光子的量子特性不變。本項目研究的主要內容為基於周期性極化鈮酸鋰波導的低噪聲量子光頻率轉換及其在量子通信中的套用，具體包括： 1.實現低噪量子光頻率轉換，通過使用長波泵浦技術來抑制非線性過程中的噪聲，實現低噪聲高效率的轉換。 2.搭建上轉換單光子探測器並將其套用於量子信息領域。 3.搭建低噪差頻轉換裝置以實現自由空間量子光差頻轉換至通信波段。 在本項目研製的過程中，順利的完成了預期的指標，產生了一批具有國際前沿水平的科研成果，諸如：室溫下最優的通訊波段單光子探測器，量子效率28%，噪聲100cps；基於上轉換探測器在世界上首次實現了測量設備無關量子密鑰分發（MDIQKD）實驗，這一研究成果發表於國際知名期刊PRL，被美國物理學會評為年物理學年度進展之一，之後，我們又把MDIQKD的安全通信距離擴展到了404km，創下新的世界紀錄，該系列研究成果獲得2014年度中國十大科技進展；同時，我們完成了城域網的量子態隱形傳輸、高容錯率量子密碼、量子比特承諾、量子指紋識別等成果。
