《基於原子系綜的通信波段量子中繼的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由史保森擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於原子系綜的通信波段量子中繼的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：史保森
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
長距離的量子通信必須藉助於量子中繼器才能實現,而量子中繼器的數目對量子通信的效率和所需要的時間產生至關重要的影響。在目前的基於原子系綜的量子中繼研究中,由於中繼單元主要用鹼金屬元素,因而作為聯絡單元的光子其波長並不處於光纖的通信視窗。這樣造成光子在光纖傳輸中存在較大損耗,導致長距離量子通信中所需要的量子中繼單元數目增大。這不但使系統變得更加複雜,增加了成本,更嚴重的是降低了通信的效率。本項目以原子級聯輻射製備的分別處於通信波段和原子躍遷波段的糾纏光子對為基礎，利用電磁誘導透明效應實現信息存儲，採用頻率上轉換實現光子在存儲波段與光纖通信視窗之間的轉換，利用雙光子干涉技術建立存儲單元之間的糾纏等克服光纖量子通信中傳輸距離的瓶頸問題，為實現長距離量子通信獲取有價值的經驗和技術積累。本項目擬研究的幾個方面尚無相關報導，這是本項目區別於現存其它方案的之處,也是本項目的主要特色和創新之處。
結題摘要
長距離的量子通信必須藉助於量子中繼器才能實現,而量子中繼器的數目對量子通信的效率和所需要的時間產生至關重要的影響。在目前的基於原子系綜的量子中繼研究中,由於中繼單元主要用鹼金屬元素,因而作為聯絡單元的光子其波長並不處於光纖的通信視窗。這樣造成光子在光纖傳輸中存在較大損耗,導致長距離量子通信中所需要的量子中繼單元數目增大。這不但使系統變得更加複雜、增加了成本,更嚴重的是降低了通信的效率。解決該問題的方法有：1利用自發參量下轉換技術製備通信波段光子對，然後利用頻率變換技術將其中的一個光子從通信波段變換至與原子的躍遷波長相匹配的波長，並實現存儲。這種方法的關鍵是單光子的頻率變換。第二種是採用鹼金屬原子的級聯輻射製備糾纏光子對。優點是其中一個光子的波長在通信波段，另一個光子的波長在原子躍遷波長。本項目緊緊圍繞建立通信波段光子與原子系綜之間的糾纏這一核心目標，嚴格按照申請書中的研究內容開展具體工作。經過四年的不懈努力，我們完成了預定任務，實現了預期目標，並且在以下幾個方面取得突破性進展，做出了具有重要影響力的創新性工作，達到國際領先水平：1.基於原子體系製備了通信波段光子與原子躍遷波長相一致的近紅外光子之間的偏振糾纏，並實現了近紅外光子的量子存儲；2.利用腔共振技術實現了1.5微米高斯單光子頻率上轉換，並首次實現了攜帶軌道角動量（OAM）單光子、OAM糾纏及OAM與偏振組成的雜化糾纏光子的頻率上轉換；3.首次通過級聯原子自發四波混頻和晶體自發參量下轉換製備了紅外通信波段三光子態；4. 首次實現了攜帶OAM的單光子、OAM二維及高維糾纏光子的系列量子存儲，開創了量子存儲領域的新方向。此外在本項目的部分資助下，我們還在寬頻、高速量子存儲器的實現、光學前驅波的觀測等領域取得突破性進展，做出了具有國際影響力的創新成果，對相關方向的研究發展具有重要推動作用。在國內外著名學術刊物以第一/通信作者發表論文40餘篇，包括Nat. Photo.（1篇）、Nat. Commun.（2篇）、PRL （3篇）、Light: Sci. & Appl.（2篇）等一區文章8篇，Optica、 Sci. Rep.、PRA、Opt. Lett.、Opt. Express.、APL等2區論文21篇。授權實用新型專利一項。培養了具有創新思想和一定專業知識的年輕科研人才，為繼續開展該領域的研究奠定了堅實的基礎。
