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光学信息与模式识别湖北省重点实验室金锐博教授在量子信息研究领域取得重要进展

2019年04月08日 15:27 光电信息与能源工程学院 点击:[]

本网讯(通讯员金锐博 周红英)3月28日,美国物理学会旗下著名期刊《应用物理评论》(Physics Review Applied,SCI一区,影响因子4.7)在线发表了光学信息与模式识别湖北省重点实验室、光电信息与能源工程学院“工大学者”特聘教授金锐博的最新研究成果《在近红外与光通信波段基于磷酸二氢钾晶体制备纯态单光子源的理论研究》(Theoretical investigationof a spectrally pure-state generation from isomorphs of KDP crystal atnear-infrared and telecom wavelengths)。武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室为第一单位。

量子信息是20世纪末期新生的量子力学与信息科学的交叉学科,也是21世纪最重要的战略研究领域之一,它有望为信息科技的持续发展开辟新的原理和方法。量子信息技术目前已经成功地将量子力学基本原理应用至密码学和计算机科学,形成量子保密通信和量子计算等新兴研究领域。很多量子信息处理的方案是以纯态单光子为载体的,因此纯态光子源的制备技术非常重要。

传统的纯态单光子源只能在有限的几种晶体、在有限的几个波段制备出来,限制了其波长范围。该论文在理论上研究了14种磷酸二氢钾(KDP)的同构晶体,从中产生光谱无关联的双光子态。我们发现来自“KDP家族”的11种晶体仍然保持与KDP相似的非线性光学特性,如KDP,DKDP,ADP,DADP,ADA,DADA,RDA,DRDA,RDP,DRDP和KDA,它们满足三种群速度匹配条件,可以在近红外到光通信波段范围内制备光谱无关联的双光子态。基于频谱无关联的双光子态,我们通过检测双光子态的一个成员来预测另一个成员的输出,从而制备出宣布式纯态单光子源。在不使用窄带滤光片的情况下,宣布式单光子的频域纯度可高达0.98;基于独立光源的Hong-Ou-Mandel干涉也可以实现98%的可见度。该研究可为近红外和光通信波段的量子信息处理提供更多更好的单光子源。

另外,金锐博最近与中国科技大学合作发表的另外一项工作《在顺序量子测量中的误差-扰动权衡》(Error-disturbance trade-off in sequential quantum measurements)在3月8日发表于美国物理学会旗下顶级期刊《物理评论快报》(Physics Review Letters,SCI一区,影响因子8.8)。武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室为第四单位。

该工作提出了一种依赖于态选择的误差-扰动权衡关系,并在实验上利用光量子比特系统进行了验证。该误差-扰动关系是基于一对非对易可观测量在连续测量中的统计距离推导出来的。本研究可能会进一步激发人们对量子不确定性原理及量子测量相关应用的研究。

文章期刊链接:

1. Rui-Bo Jin, Neng Cai, Ying Huang,Xiang-Ying Hao, Shun Wang, Fang Li, Hai-Zhi Song, Qiang Zhou, Ryosuke Shimizu“Theoretical investigation of a spectrally pure-state generation from isomorphsof KDP crystal at near-infrared and telecom wavelengths” Physics Review Applied11.034067(2019) https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.034067

2.Ya-Li Mao, Zhi-Hao Ma,Rui-Bo Jin, Qi-Chao Sun,Shao-Ming Fei, Qiang Zhang, Jingyun Fan, Jian-Wei Pan “Error-disturbance trade-offin sequential quantum measurements”Physical ReviewLetters 122, 090404(2019)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.090404

审稿:江本武

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