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Acta Optica Sinica

基于超高品质因子微腔的长相干时间量子关联光子对源（特邀）

胡彭 Hu Peng, 戚若阳 Qi Ruoyang, 范云茹 Fan Yunru, 刘诗涵 Liu Shihan, 耿勇 Geng Yong, 赵学功 Zhao Xuegong, 邓光伟 Deng Guangwei, 宋海智 Song Haizhi, 王浟 Wang You, 李浩 Li Hao, 尤立星 You Lixing, 周恒 Zhou Heng, 邱昆, 郭光灿 Guo Guangcan, Qiang Zhou

Published Jan 1, 2025• 1 citation
Publisher

Abstract

长相干时间量子光源在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域具有重要意义。然而，基于回音壁模式光学微腔实现长相干时间量子光源的研究尚未见报道。基于微棒腔中的自发四波混频理论，成功制备品质因子达7.1×107、自由光谱范围为22 GHz的玻璃棒微腔，并实验验证基于该微腔的量子关联光子对产生。通过对光子对进行关联测试，测得相干时间长达83 ns。该结果表明：基于玻璃棒微腔的长相干时间量子光源器件，为发展高性能量子信息技术提供重要的技术支撑。

DOI
10.3788/aos251259

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光力学量子换能器：进展与挑战（特邀）

陈培钦 Chen Peiqin, 徐昕尧 Xu Xinyao, 张亦非 Zhang Yifei +7 more

固态量子比特（如超导、半导体等）主要工作于微波（GHz）频段。然而，该频段的量子信号在室温环境下存在较大的损耗，难以实现长距离传输，这一技术难题也是未来部署分布式量子计算、量子计算网络的重要瓶颈。将微波频段量子信号转换为光学频段（尤其是光通信波段）的量子换能器是解决该瓶颈问题的重要方案之一。近年来，光力学量子换能器因其具有低噪声、大带宽、高效率的发展潜力，且易于大规模芯片集成，成为量子换能器领域的研究热点。首先，系统综述了光力学量子换能器的基本原理与关键性能指标，包括转换效率、带宽、附加噪声与品质因子等，分析其物理机制与参数之间的制约关系；随后，重点梳理了薄膜型、光声晶体（OMC）型、体声波谐振器（BAR）型与微盘型这四种换能器的主要研究进展，分别评述其实现原理、性能水平及发展瓶颈；最后，针对量子换能器领域面临的重大挑战，对其未来发展方向进行了展望，包括协同度优化、低噪声和宽带工作能力、异质结构与新材料引入以及系统级优化设计等。该研究成果可为从事光力学量子换能器研究或对相关领域感兴趣的科研人员提供参考。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•0 citations

腔增强铯原子系综四波混频过程（特邀）

杨静琨 Yang Jingkun, 武晓蔚 Wu Xiaowei, 马荣 Ma Rong +2 more

基于铯原子系综四波混频过程制备的强度差压缩态光场具有波长与铯原子跃迁线匹配和空间多模的优势，在量子信息领域具有重要应用。然而，通过铯原子四波混频过程制备高压缩度的压缩态光场通常需要较高的泵浦光功率和原子池温度，这限制了其应用。本研究结合六镜环形光学谐振腔和铯原子系综，使泵浦光在光学谐振腔内实现单共振，同时让探针光和共轭光单次穿过光学谐振腔，有效提高了泵浦光的利用率，进而实现了腔增强的铯原子四波混频过程，从而显著降低了其对泵浦光功率和原子池温度的要求。实验结果表明，当获得的强度差压缩度为-6 dB时，相比于无腔四波混频过程，腔增强四波混频过程所需的泵浦光功率由600 mW降低至340 mW，并且原子池温度由109 ℃降低至98 ℃。研究结果为发展低功耗、空间多模量子光源提供了新方案，对于促进原子系综四波混频过程的应用具有重要意义。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•1 citation

相位敏感光参量放大在光通信中的应用前景 (内封面文章·特邀)

李天伦 LI Tianlun, 苏延成 SU Yancheng, 夏同泽 XIA Tongze +4 more

光放大技术通过增强光传输信号强度，克服光纤/空间激光通信链路传输中的损耗，是光通信领域的核心技术之一。然而，包括掺铒光纤放大器等在内的多数光放大器均为相位不敏感型光放大器，受限于3 dB的量子噪声极限，限制了长距离通信的信噪比提升和通信质量。相比之下，相位敏感光参量放大技术利用非线性光学混频的原理，不仅能够将光放大噪声系数降至0 dB，同时兼顾较好的增益，在优化通信性能、延长通信距离、全光信号处理等方面均有不俗表现，有望推动光通信技术的进一步发展。文中对相位敏感光参量放大技术进行了介绍，并展望了其在光通信领域中的潜在应用前景。

Infrared and Laser Engineering•Jan 1, 2025•0 citations

光纤通信窗口200 MHz宽带压缩态光场的制备（特邀）

梁少聪 Liang Shaocong, Jialin Cheng, 闫智辉 Yan Zhihui +1 more

正交压缩态的压缩方向与经典通信中的正交幅度调制兼容，因此基于正交压缩的量子通信协议更容易实现实用化和商用化。为此，在实验上制备了对应于光纤通信窗口的200 MHz宽带正交压缩态光场。首先，制作了腔长为8 mm的光学参量放大器，其半峰全宽达到210 MHz。然后，研制了1~300 MHz的低噪声平衡零拍探测器，其共模抑制比可以达到50 dB。最后，在1.3 μm波长处获得了带宽为200 MHz的宽带压缩态光场，这为开展高速量子通信提供了必要的量子光源。

Acta Optica Sinica (Online)•Jan 1, 2024•0 citations

光量子信息中相位锁定控制技术的进展（特邀）

Xueshi Guo, 丘丰豪 Qiu Fenghao, 李文奇 Li Wenqi +1 more

量子信息技术是量子力学与信息科学相结合的新兴学科，在计算、通信和精密测量等领域有望实现革命性进步。光量子系统具有低传输损耗和常温下低噪声耦合等优点，是量子信息技术的重要组成部分。为有效利用光量子系统的低噪声和强量子关联特性，相位锁定控制技术广泛应用于量子态的产生、模式调控和量子态探测等方面。本文综述了光量子信息领域中相位锁定控制技术的研究进展，包括该技术的原理、在光量子信息系统中的典型应用和在微弱光强条件下的实现方案，同时展望了该技术的发展方向。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•3 citations

飞秒压缩光相位抖动抑制

孙倩 Sun Qian, 刘宏波 Liu Hongbo, 张云豪 Zhang Yunhao +2 more

长期稳定的压缩光源是实现可靠的量子协议、构建量子网络，特别是进行高精度量子测量的核心量子资源。然而，由于飞秒脉冲相较于连续光对光路抖动更加敏感以及制备装置更为复杂，因此获得长期稳定的飞秒脉冲压缩光源更为困难。基于同步泵浦光学参量振荡器，在无信号场注入的情况下，通过本底光和泵浦光之间的锁相环路有效抑制了压缩测量过程中68.05%的随机相位抖动，实现了飞秒脉冲压缩真空态光场的长期稳定压缩输出测量，长期压缩度由0.6 dB提高至3.2 dB。长期稳定的飞秒脉冲压缩光源有助于构建和实现多模量子网络，特别是长时间时域量子测量。

Chinese Journal of Lasers•Jan 1, 2024•3 citations
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固态量子比特（如超导、半导体等）主要工作于微波（GHz）频段。然而，该频段的量子信号在室温环境下存在较大的损耗，难以实现长距离传输，这一技术难题也是未来部署分布式量子计算、量子计算网络的重要瓶颈。将微波频段量子信号转换为光学频段（尤其是光通信波段）的量子换能器是解决该瓶颈问题的重要方案之一。近年来，光力学量子换能器因其具有低噪声、大带宽、高效率的发展潜力，且易于大规模芯片集成，成为量子换能器领域的研究热点。首先，系统综述了光力学量子换能器的基本原理与关键性能指标，包括转换效率、带宽、附加噪声与品质因子等，分析其物理机制与参数之间的制约关系；随后，重点梳理了薄膜型、光声晶体（OMC）型、体声波谐振器（BAR）型与微盘型这四种换能器的主要研究进展，分别评述其实现原理、性能水平及发展瓶颈；最后，针对量子换能器领域面临的重大挑战，对其未来发展方向进行了展望，包括协同度优化、低噪声和宽带工作能力、异质结构与新材料引入以及系统级优化设计等。该研究成果可为从事光力学量子换能器研究或对相关领域感兴趣的科研人员提供参考。
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正交压缩态的压缩方向与经典通信中的正交幅度调制兼容，因此基于正交压缩的量子通信协议更容易实现实用化和商用化。为此，在实验上制备了对应于光纤通信窗口的200 MHz宽带正交压缩态光场。首先，制作了腔长为8 mm的光学参量放大器，其半峰全宽达到210 MHz。然后，研制了1~300 MHz的低噪声平衡零拍探测器，其共模抑制比可以达到50 dB。最后，在1.3 μm波长处获得了带宽为200 MHz的宽带压缩态光场，这为开展高速量子通信提供了必要的量子光源。
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长期稳定的压缩光源是实现可靠的量子协议、构建量子网络，特别是进行高精度量子测量的核心量子资源。然而，由于飞秒脉冲相较于连续光对光路抖动更加敏感以及制备装置更为复杂，因此获得长期稳定的飞秒脉冲压缩光源更为困难。基于同步泵浦光学参量振荡器，在无信号场注入的情况下，通过本底光和泵浦光之间的锁相环路有效抑制了压缩测量过程中68.05%的随机相位抖动，实现了飞秒脉冲压缩真空态光场的长期稳定压缩输出测量，长期压缩度由0.6 dB提高至3.2 dB。长期稳定的飞秒脉冲压缩光源有助于构建和实现多模量子网络，特别是长时间时域量子测量。