隨著量子計算的不斷發展，對於(yu) 現代公鑰加密的威脅也逐漸明顯起來。而量子密鑰分發（QKD）是克服這一威脅的方法之一，通過允許在多方之間安全地共享加密密鑰，以抵禦潛在的竊聽者和量子計算器的解密能力。其中點對點QKD網絡是更高ji量子網絡的前身，使量子態的傳(chuan) 輸能夠實現多種国产成人在线观看免费网站，例如分布式量子計算、傳(chuan) 感或安全通信等。糾纏光子是此類国产成人在线观看免费网站的基本資源，因此糾纏分發是高ji量子網絡計劃的關(guan) 鍵組成部分。來自加州理工學院的Andrew Mueller及其團隊，在《Optica》期刊上發表了一篇題為(wei) "High-rate multiplexed entanglement source based on time-bin qubits for advanced quantum networks"的研究文章，介紹了他們(men) 開發的基於(yu) time-bin量子比特的高速率多路複用糾纏源，而這一成果為(wei) 構建先jin的量子網絡提供了重要的基礎技術。
量子網絡中基於(yu) time-bin量子比特的高速率多路糾纏源
背景
高速率糾纏分布實現了基於(yu) 高速率糾纏的QKD，以及具有高ji量子網絡特征的更一般的操作，而這些在許多指標上都有令人印象深刻的表現。目前許多研究都強調需要利用高總量度、光譜亮度、收集效率和產(chan) 生糾纏光子對的非線性晶體(ti) 可見性，以滿足實際高速率糾纏分布的需求。
相對於(yu) 基於(yu) 偏振的係統相比，time-bin糾纏光子源具有相當的優(you) 勢。Time-bin糾纏可以在沒有移動硬件的情況下進行測量，並且不需要精確地偏振跟蹤來zui大化可見性。此外，隻要有合適的設備，可以在有湍流的自由空間鏈路上實現穩健的time-bin調整。因此，簡化的光纖到自由空間互連以及基於(yu) 共享time-bin協議的更大量子網絡的可能性激發了改進time-bin的發展。Time-bin這種量子比特編碼形式也因為(wei) 光纖中對抗退相幹的魯棒性，zui適合於(yu) 長距離傳(chuan) 輸。
實驗裝置
在本文中，通過將4.09-GHz的鎖模激光器的光通過80ps的延遲幹涉儀(yi) （12.5-GHz自由光譜範圍）導入到非線性晶體(ti) 中，以實現高速糾纏源。新開發的低抖動差分超導納米線單光子探測器（SNSPDs）可以使time-bin量子比特解析為(wei) 80ps寬的倉(cang) 。波長複用被用來實現多個(ge) 高可見度的通道配對，這些配對共同加起來形成了一個(ge) 高符合率。每對配對可以被視為(wei) 光子糾纏的獨立載體(ti) ，因此整個(ge) 係統通過使用波長選擇性交換適用於(yu) 靈活網格架構。每個(ge) 通道的亮度和可見度被量化，作為(wei) 泵浦功率、收集效率以及符合率的函數。在低平均光子數（$$μ_L=5.6×10^{-5}±9.0×10^{-6}$$）時8通道係統可見度可達到平均99.3%，而在較高功率時（$$μ_H=5.0×10^{-3}±3.0×10^{-4}$$），演示時總符合率為(wei) 3.55MHz，平均可見度為(wei) 96.6%。
糾纏光子源部分
下圖展現了該實驗裝置。來自鎖模激光器的脈衝(chong) 光，中心波長為(wei) 1539.47nm，通過一個(ge) 80ps延遲線幹涉儀(yi) （Optoplex DPSK相位解調器）。源幹涉儀(yi) 每個(ge) 時鍾周期產(chan) 生兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) ，用於(yu) 編碼early/late的基礎狀態（|e⟩, |l⟩），隨後由一個(ge) 二次諧波生成（SHG）模塊上轉換，並通過一個(ge) type-0的自發參量下轉換（SPDC）模塊（Covesion），由下轉換產(chan) 生糾纏光子對。SPDC模塊是一個(ge) 耦合進入的25px氧化鎂摻雜铌酸鋰（MgO:ppln）波導，具有18.3μm周期。上轉換的脈衝(chong) 在769nm處具有243 GHz（0.48nm）的全寬半高帶寬，這連同SPDC波導的相位匹配條件，定義(yi) 了一個(ge) 寬的聯合光譜強度（JSI）函數。
鎖模激光器（Pritel UOC）的脈衝(chong) 通過80ps延遲線幹涉儀(yi) 分成兩(liang) 束，然後在二次諧波生成+摻鉺光纖放大器（SHG + EDFA）模塊（Pritel）中進行上轉換和放大。來自SHG模塊的短PM光纖連接到一個(ge) 非線性晶體(ti) （Mgo:PPLN），通過自發參量下轉換（SPDC）生成光子對。粗波分複用（CWDM）模塊將光子對的光譜分離成8個(ge) 13nm寬的波段，分別圍繞1530和1550nm，對應於(yu) 信號和閑置光子。信號和閑置光子分別被引導到Bob和Alice站點。讀出幹涉儀(yi) 引入與(yu) 源幹涉儀(yi) 相同的時間延遲。使用偏振控製器來zui大化符合率，因為(wei) 每個(ge) SNSPD的檢測效率對偏振敏感（±10%）。糾纏可見度不受讀出偏振的影響。如果未來的係統采用對偏振不敏感的SNSPDs，偏振控製器可以被移除。使用100GHz間隔的密集波分複用器（DWDM）模塊將每個(ge) 頻率通道引導到不同的光纖中。使用兩(liang) 個(ge) 超導納米線單光子探測器（SNSPDs）來測量特定的頻率複用通道對。為(wei) 了解析整個(ge) 係統的性能，依次進行不同複用通道的測量。
光譜複用和探測部分
產(chan) 生的光子對通過一個(ge) 粗波分複用器（CWDM）分離，該複用器的作用是將SPDC光譜分成寬帶寬的兩(liang) 半。對於(yu) 在Alice和Bob使用超過16個(ge) 密集波分複用器（DWDM）通道的係統，CWDM將替換成一個(ge) 分束器，該分束器有效地將1540nm以下的完整SPDC光譜發送給Bob，將1540nm以上的光譜發送給Alice。糾纏的閑置和信號光子分別被發送到標記為(wei) Alice和Bob的接收站。每個(ge) 站點的一個(ge) 讀出幹涉儀(yi) 將所有光譜帶投影到一個(ge) 複合的時間-相位基礎上。從(cong) 這裏開始，DWDM將能量-時間糾纏的光子對分成光譜通道。使用100GHz間隔的密集波分複用器（DWDM）模塊將每個(ge) 頻率通道引導到不同的光纖中。實驗中采用兩(liang) 個(ge) 超導納米線單光子探測器（SNSPDs）進行光子到達時間的測量，並分辨通過多路複用技術產(chan) 生的多個(ge) 高可見度通道對。
在實驗中使用的ITU信道。用相同顏色突出顯示的信道對遵守SPDC的相位和泵浦能量匹配條件。為(wei) 了評估Alice的DWDM複用器的全部16個(ge) 信道（27-42），Bob的8通道DWDM被替換為(wei) 具有可調諧諧振頻率的窄帶濾波器（圖中未顯示）。
PPLN的作用
在量子通信和光子學領域內(nei) ，非線性光學晶體(ti) 起到了至關(guan) 重要的作用。在這項研究中，量子通信依賴於(yu) 量子糾纏態的生成和分發，而使用Covesion的PPLN晶體(ti) （周期極化铌酸鋰晶體(ti) ），通過非線性光學效應——自發參量下轉換（SPDC）產(chan) 生糾纏光子對，而這些光子對是實現QKD和量子網絡的基礎。Covesion的PPLN晶體(ti) 憑借其高非線性係數和精確地極化周期，實現了高效率的光子對產(chan) 生，這將提高量子通信係統的速率。采取的光纖耦合輸入/輸出的波導係列WGP-1540-40/WGCO-1540-40也兼顧係統的穩定性以及快速集成。
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