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发布时间：
2023-01-03
近日，济南量子技术研究院张强教授、谢秀平高工、郑名扬副研究员与合作团队合作，在300多公里光纤连接的两个独立的量子点(QD)之间实现高可见度的量子干涉，相关研究成果发表在期刊《先进光子学》（Advanced Photonics）上。
量子通信领域最重要的挑战之一是将量子通信的距离扩展到可实用的规模。实现远距离量子通信的重要条件包括高性能的量子光源、低损耗的传输信道等。量子点光源凭借在亮度、纯度以及不可区分性等方面的优势被认为是极具发展前景的单光子源技术。然而，在过去20年间，独立量子点光源之间的量子干涉可见度多数情况下在50%的经典极限以下，并且干涉距离也被限制在几米到几公里左右。针对该问题，合作团队发展了高性能量子光源与低噪声、可调谐量子频率转换（QFC）相结合的技术，突破性地解决了独立的量子点单光子源之间的远距离干涉问题。
在本项研究中，合作团队在由约300公里的光纤连接的两个独立的QD之间实现高可见度的量子干涉，实验配置如图1所示：单光子是由确定性地耦合到微腔的谐振驱动单QD产生的，量子点1和量子点2分别与不同类型的微腔耦合，其辐射的光子波长分别为893.16nm与891.92 nm。为实现无差别的单光子源，同时将890nm波段的单光子下转换至通讯波段以匹配光纤低损耗传输窗口，合作团队使用由济南量子技术研究院研制的高性能周期极化铌酸锂波导，利用差频非线性过程，通过精细调节泵浦光波长，使两个QD光源发出的单光子均下转换到1582.75nm波长位置，消除两个QD光源之间的不均匀性。两个单光子源中QFC部分的单光子转换效率均达到50%左右，信噪比可达30dB。基于上述原理，研究团队在由300km光纤连接的两个独立QD单光子源之间实现了量子干涉，干涉可见度高达93%。
图1. 由302公里光纤连接的两个独立固态QD单光子源之间量子干涉的实验配置。
该研究工作将基于量子点的量子通信网络规模由几公里拓展到300公里水平，为构建由半导体量子点和光纤信道构成的固态量子通信网络起到了重要的推动作用，是研究院与中科大团队强强联合，取得的又一新突破。
相关研究工作得到山东省泰山学者、山东省重点研发计划项目、山东省自然科学基金、济南市和济南高新区的支持。
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