[发明专利]无光谱关联的光子对源

说明书

一种无光谱关联的光子对源，包括：激光光源及周期性极化磷酸氧钛钾晶体，周期性极化磷酸氧钛钾晶体为II型相位匹配的非线性晶体，周期性极化磷酸氧钛钾晶体用于根据激光光源出射的激光发生参量下转换过程产生无光谱关联的光子对。其中，II型相位匹配的周期性极化磷酸氧钛钾晶体的极化区域沿激光入射方向分为一个中心区域及两个边缘区域。通过合理设计中心区域的占空比及晶体长度，使得光子对源的光子产率呈高斯型分布，解决了对时间可区分性的问题及光谱可分辨性的问题，实现光子对光谱无关的同时保证了光子原有的亮度。该光子对源实际应用中调节方便，集成度高，易于扩展。

技术领域

本公开涉及量子信息处理技术领域，特别是涉及一种基于周期性极化磷酸氧钛钾晶体的无光谱关联的光子对源。

背景技术

纠缠态是量子信息领域的核心资源，它被称其为“量子力学的精髓”，其展现了量子理论的相干性、或然性和空间非定域性等奇特的性质，并且已经被广泛应用于包括量子密码术、量子态隐形传输、量子纠缠交换、量子存储以及量子计算等蓬勃发展的量子信息领域中。

传统的线性光学量子信息领域中，产生纠缠的光子对的方法有多种，目前最常用的方法是采用非线性光学晶体如β-偏硼酸钡晶体(BBO)或周期性极化磷酸氧钛钾晶体(PPKTP)的自发参量下转换过程(SPDC)。在适当的条件下，SPDC源可以用来制备不可区分性很好的双光子量子纠缠源，为了解除光子对光谱关联的问题，最常见的方法是采用窄带滤波片来实现，但是这种方法会明显降低光子的亮度。另一种去除光谱的关联的方法是在所谓的扩展相位匹配条件下，选择一组具有零群速度失配的工作波长，基于该种方法，在具有匹配带宽的脉冲泵浦下，激发的联合光谱密度几乎是圆对称的，从而产生了一个低光谱相关度的双光子状态，从而为预报的单光子提供了高水平的光谱纯度。一种方法，也能去除光谱的关联，在这种情况下，两个SPDC光子的光谱宽度高度不对称，它们的联合光谱密度类似于一个高度偏心的椭圆。以上两种都跟群速度匹配相关的办法已经被证明可以拿来制备光谱不可区分的两光子构成的光子对。但是在对称的方法下，会受限于标准相位匹配函数中产生的旁瓣，产生的光子之间存在的光谱可区分性，同样需要采用窄带滤波片来实现光谱无关。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于上述技术问题，本公开提出一种基于周期性极化磷酸氧钛钾晶体的无光谱关联的光子对源，用于至少解决现有的一般的标准的周期性极化晶体(PPKTP)光子产率分布会受到标准相位匹配函数旁瓣的限制，产生的光子之间存在的光谱可区分性，必须用窄带滤波片来提高光子纯度和纠缠保真度但是却降低了本身光子源的出射亮度，以及实际操作比较复杂的问题。

(二)技术方案

本公开提供一种无光谱关联的光子对源，包括：激光光源及周期性极化磷酸氧钛钾晶体，所述周期性极化磷酸氧钛钾晶体为II型相位匹配的非线性晶体，所述周期性极化磷酸氧钛钾晶体用于根据所述激光光源出射的激光发生参量下转换过程产生无光谱关联的光子对。

可选地，II型相位匹配的所述周期性极化磷酸氧钛钾晶体的极化区域沿所述激光入射方向分为一个中心区域及两个边缘区域，所述中心区域位于所述两个边缘区域之间；所述中心区域上的占空比范围为0.2-0.8。

可选地，每个所述边缘区域的长度是根据所述激光的波长计算的基础极化区域长度的1.25倍。

可选地，所述周期性极化磷酸氧钛钾晶体中心位置的占空比为0.5。

可选地，所述激光光源为泵浦激光光源，产生的激光的波长范围为770-810nm。

可选地，所述泵浦激光源以脉冲方式产生所述激光，所述激光的半高宽的范围0.3-10nm。

可选地，所述光子对源还包括：聚焦透镜，设于所述激光光源与周期性极化磷酸氧钛钾晶体之间，用于将所述激光聚焦于所述周期性极化磷酸氧钛钾晶体上。