由上海学院祝世宁教授、王振林院士、张利剑院士和王漱明副院长团队、香港理工学院蔡定平院士团队、中国科学技术学院任希锋副院长团队和华南师范学院李林研究员组成的联合团队通力合作，在高维量子纠缠光源制备方面取得重要研究进展，通过结合超构透镜阵列与非线性晶体，成功制备出高维路径纠缠光源和多光子光源。研究成果以“-array-basedhigh-andmulti-”为题发表在上。
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图1基于超构透镜阵列的量子光源系统。
量子信息是目前国际上最前沿、最活跃的研究领域之一。随着光量子信息技术的发展，现有基于非线性光学过程的纠缠量子光源在维度扩充以及光子数降低方面面临着光学系统复杂、可集成度低、稳定性弱等问题，不能满足量子通信、量子估算、量子计量等领域对于量子光源的高维度和多光子数的要求，阻碍了光量子信息处理的大规模集成。超构表面的研究与发展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。
该联合研究团队将超构透镜与非线性光学晶体（BBO晶体）组合在一起，构成全新的超构表面量子光源系统，如图1所示。她们设计并制备出10×10超构透镜阵列，使用泵浦激光入射到该系统，超构透镜阵列将泵浦激光均分成10×10份，并在BBO晶体中聚焦。聚焦的泵浦光在BBO中发生自发热阻下转换过程量子通讯阵列，形成一系列讯号/闲置光子对。理论上，这一结构制备出的路径纠缠光子的维度是100维，并且通过降低透镜阵列数，纠缠光子的维度可以进一步增强。
图2制备的高维纠缠态的表征。
研究人员采用波长为404nm的连续激光作为泵浦光，检测了由超构透镜阵列中不同的超构透镜形成的光子之间的纠缠特点。图2为制备的高维纠缠态的表征。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%。除了这么，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，进而进一步调制纠缠态。据悉量子通讯阵列，该系统也可以用于制备简易紧凑的多光子源。实验中借助415nm的皮秒激光作为泵浦源，分别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能。
该工作通过将新兴研究领域超构表面技术引入量子信息领域，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。北京学院为第一完成单位。
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