基于光子轨道角动量腔增强自发参量下转换系统的实验研究

基于光子轨道角动量腔增强自发参量下转换系统的实验研究近二十年来,随着量子信息科学在全球广泛而飞速的发展,光学量子信息处

理作为量子信息科学的一个重要分支领域,逐渐成为国际上研究热点之一。目前,制约光学量子信息处理实验研究的一个重要瓶颈是提高可操作的纠缠光子的数

目和实现多光子纠缠的量子存储,它们直接影响到光学量子信息处理的可扩展性。

基于传统的自发参量下转换方法产生的光子线宽过高(100GHz-1THz),在实

现独立光源之间的干涉,以及基于原子系综、固态体系的量子存储中遇到困难,

腔增强的自发参量下转换方法便应运而生。该方法能够控制光子的线宽,制备出窄线宽(1OMHz-100MHz)的多光子纠缠,很好地解决了线宽过宽的问题,在远程量

子通信、光学量子计算、杂化量子网络等方面有着重要的应用价值。

在提升可操纵的纠缠光子的数目方面,目前,实验上制备十光子纠缠态已经

逐渐接近瓶颈,如果想大幅度提升纠缠量子比特的数目,必须依靠实验方法上的

突破。众所周知,光子具有轨道角动量,表征轨道角动量的量子数能够取任意整数,使得单光子的轨道角动量原理上能构成无穷维的希尔伯特空间,到目前为止,实

验上已经陆续实现了基于轨道角动量的高维量子纠缠态以及相关的应用。

本文是针对部分基于光子轨道角动量的腔增强自发参量下转化系统的研究,重点在以下三个方面:(1)我们采用光场的相位调制和Pound-Drever-Hall(PDH)

稳频技术实现了Fabry-Perot(F-P)干涉仪的稳定;(2)为实现周期极化磷酸氧钛

钾(PPKTP)晶体准相位匹配的温度条件和精度要求,设计一个比例-积分-微分(PID)温度控制系统,控制温度范围5-55℃、稳定性达到0.003℃内,满足了实验要求;(3)自制了标准具,通过PID温度控制系统实现标准具的温度控制,获得稳

定输出的光场。