現(xiàn)有的基于非線性光學(xué)過程的糾纏量子光源，在維度擴(kuò)展以及光子數(shù)增加方面面臨著光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜、可集成度低、穩(wěn)定性弱等問題，并不能滿足量子通訊、量子計(jì)算、量子計(jì)量等領(lǐng)域?qū)τ诟呔S、多光子的實(shí)用化需求，制約著光量子信息朝著大規(guī)模集成方向發(fā)展。最近，一種“超構(gòu)表面”的微結(jié)構(gòu)薄膜材料的研究，為量子光源及光量子信息技術(shù)的發(fā)展提供了一條全新路徑。6月26日，南京大學(xué)、香港理工大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和華東師范大學(xué)等高校學(xué)者，將這項(xiàng)名為“基于超構(gòu)透鏡陣列的高維糾纏和多光子源”的研究發(fā)表于國際頂級期刊《科學(xué)》。

　　論文的共同第一作者、南京大學(xué)副教授王漱明介紹，在此項(xiàng)研究中，科研人員將超構(gòu)透鏡與非線性光學(xué)晶體組合在一起，構(gòu)成全新的超構(gòu)表面量子光源系統(tǒng)。他們設(shè)計(jì)并制備出10×10的超構(gòu)透鏡陣列，使用泵浦激光入射到該系統(tǒng)，超構(gòu)透鏡陣列將泵浦激光均勻的分成10×10份，并在β相偏硼酸鋇晶體中聚焦，聚焦的泵浦光在β相偏硼酸鋇中發(fā)生自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程，產(chǎn)生一系列信號/閑置光子對。

　　實(shí)驗(yàn)中，他們采用波長為404納米的連續(xù)激光作為泵浦光，測量了由超構(gòu)透鏡陣列中不同的超構(gòu)透鏡產(chǎn)生的光子之間的糾纏特性。實(shí)驗(yàn)測得所構(gòu)成的二維、三維以及四維路徑糾纏態(tài)的保真度分別達(dá)到98.4%，96.6%和95.0%。

　　不僅如此，超構(gòu)透鏡具有靈活的光場調(diào)控能力，可以對光場的相位、偏振、振幅等集成調(diào)控，從而進(jìn)一步調(diào)制糾纏態(tài)。在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過對超構(gòu)透鏡的相位設(shè)計(jì)，對所制備的量子糾纏態(tài)進(jìn)行了精細(xì)的相位編碼，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了很好的證明，同時(shí)證明產(chǎn)生的多光子量子光源具有很好的性質(zhì)。

　　王漱明表示，該研究通過將超構(gòu)表面技術(shù)引入量子信息領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲等領(lǐng)域，對于發(fā)展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術(shù)具有重要意義。