軌道角動量糾纏頻率變換實驗研究

《軌道角動量糾纏頻率變換實驗研究》是依託中國科學技術大學，由周志遠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軌道角動量糾纏頻率變換實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周志遠
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

光子作為信息的載體在信息傳遞與處理中扮演著重要的角色。在量子信息領域，不同量子體系間量子態的傳遞和處理都是通過光子與物質的相互作用完成。信息可以被編碼在光子的偏振、頻率或軌道角動量等自由度。編碼在偏振上光子只能攜帶1個比特的信息， 然而，若將信息編碼在具有無限維度的軌道角動量自由度時，單個光子所攜帶的信息量和量子網路的信道容量都可以被大幅提高。通常組成量子網路的不同組件通常工作在不同的光子頻率，比如大部分的量子存儲器工作在可見波段，與光纖或大氣的通信視窗不匹配。實現信息在不同頻率的量子體系間互動和處理，需要一個量子頻率變換器，因此軌道角動量光子糾纏態的頻率變換對於構建高維量子信息網路具有重要的意義。本項目擬以編碼於軌道角動量空間的糾纏態的頻率變換為研究內容，以實現基於高維編碼態的量子接口為目標開展研究工作。預期的研究成果將為構建大信息量量子網路奠定堅實基礎。

結題摘要

量子計算、通信和測量是量子信息科學研究的三個主要方向，其發展和突破將會帶來重要的技術變革，不斷推動人類文明的發展和進步。對於量子通信而言，通過將信息編碼在光子的軌道角動量維度可以極大的提升單光子所攜帶的信息量，然而遠距離的量子中繼需要工作波長位於傳輸介質低損耗視窗, 這就需要建立工作於不同波長的量子體系的頻率接口，這樣的頻率接口可以將信息相干的從一個波長轉移到另外一個波長，而不改變轉換光子所編碼的信息。針對上述目標，我們開展了一系列研究，主要包括：軌道角動量量子比特的頻率轉換和軌道角動量糾纏的頻率轉換，成功掌握了軌道角動量高維態的產生，操控和頻率轉換技術，順利的完成了項目的預期目標。在項目執行期間共發表標註本項目的論文15篇，授權發明專利1項。與此同時，通過完成本項目，熟練掌握了非線性頻率轉換技術，並將其用於高品質特殊波長雷射的產生，不同類型的糾纏源的製備，頻率上轉換探測等。利用本項目培養研究生3名，其中博士生劉世隆獲研究生國家獎學金。項目負責人本人在項目執行期間，完成從博士後到特任副研究員，再到副教授的職位晉升。以本項目為基礎，後續將繼續把非線性頻率轉換技術向縱深發展，開展中遠紅外量子信息學、分子吸收光譜和圖像上轉換探測的研究，並且將較為成熟的技術進行落地轉換，服務於國家“產學研”科技創新的大局。