我校郭光灿教授团队任希锋副院长等人与北京学院祝世宁教授团队，及澳门理工学院、华东师范学院等单位合作，在高维、多光子量子纠缠光源研究中取得了重大突破。6月26日，研究成果以-array-basedhigh-andmulti-为题发表在《》上。
随着光量子信息技术的发展，现有的量子光源制备方案在提升纠缠维度以及纠缠光子数方面都面临着光学系统复杂、可集成度低、稳定性弱等问题，早已不能满足量子估算、量子通信、量子计量等领域的需求，阻碍着光量子信息朝着大规模集成方向发展。近来，超构表面的研究为量子光源及光量子信息技术的发展提供了一条全新的路径。
研究者引入超构表面技术，将超构透镜与非线性光学晶体组合在一起，构成全新的超构表面量子光源系统。她们制备出10X10的超构透镜阵列，该阵列将泵浦激光均匀地分成10X10份，在BBO晶体中聚焦发生自发热阻下转换过程，可制备100维路径纠缠，也可以形成多光子。降低透镜阵列数还可以进一步提升纠缠光子的维度。
图一：基于超构透镜阵列的量子光源系统
实验测得所构成的二维、三维以及四维路径纠缠态的保真度分别达到98.4%，96.6%和95.0%。除了这般，超构透镜具有灵活的光场调控能力，可以对光场的相位、偏振、振幅等集成调控。研究团队通过对超构透镜的相位设计，对所制备的量子纠缠态进行了精细的相位编码，并通过实验进行了挺好的证明。在多光子方面，研究者借助415nm的皮秒激光作为泵浦源，检测了由该系统制备的4光子和6光子的符合曲线，并展示了4光子Hong-Ou-干涉的结果，得到很高的干涉对比度，证明形成的多光子量子光源具有挺好的性质。
图二：制备的高维纠缠态的表征。
该工作通过引入超构表面技术，实现了高维度、集成化的双光子、多光子纠缠光源，突破了现有量子光源的技术困局和信息编码维度限制，有望应用于高维度的量子通讯、量子估算、量子储存等领域，对于发展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技术具有重要意义。
李林博士（北京学院访问学者，现华中师范学院研究员）、刘泽玄（北京学院博士生）、任希锋副院长（中国科学技术学院）、王漱明副院长（上海学院）为本工作并列第一作者。北京学院张利剑院士、王漱明副院长、王振林院士、祝世宁教授和台湾理工学院蔡定平院士为该项成果的并列通信作者。我校郭光灿教授量子通讯阵列量子通讯阵列，柳必恒副院长为合作作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科大学、安徽省以及中国科学技术学院的捐助。
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（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息与量子科技创新研究院、科研部）