巴西的一个研究小组使用光学参量振荡器（OPO）证明了使用单个连续波（CW）激光源在一个谐振腔体中能够同时纠缠六种光学模。更重要的是，研究人员表明，可通过调整泵浦激光器的功率来控制系统的纠缠程度。该团队认为，这项工作可提供“可控且可扩展的纠缠态来源”，用于连接量子信息网络。

光学参量振荡器由光学腔内的非线性光学晶体组成。当由具有正确频率的外部激光器泵浦时，晶体将泵浦光束下转换成两个频率较低的光束，通常称为“信号光束”和“闲频光束”。非线性晶体还可通过参数放大过程充当增益介质，一旦泵浦功率超过特定阈值，就会产生振荡并产生强大的信号光束和闲频光束。

大约十年前，该研究团队的成员展示了光学参量振荡器中泵浦光、信号光和闲频光束之间的三者纠缠关系，使用延时零拍测量技术。然而几年后，研究人员指出，这三个光束更适合被视为载波，量子信息实际上包含在两个较弱的边带模式中。如果能够进行足够精确的测量，研究人员们就提出了在光学参量振荡器中六种模式纠缠的可能。

边带的纠缠态

从光学参量振荡器的泵浦光、信号光和闲频光束中重建协方差矩阵。PBS，偏振分束器；BS，50：50分束器；HS，谐波分离器；KTP，磷酸钛钾非线性晶体；IC，输入耦合器；OC，输出耦合器（光学参量振荡器腔）；FR，法拉第旋转器。图片来源：Barbosa等。

为了实现这一目标，由圣保罗大学的Marcelo Martinelli领导的研究小组从一个双色滤波Nd：YAG激光器的单色（绿色）泵浦光开始，使用部分反射输入连接到光学参量振荡器耦合器。在光学参量振荡器内，光进入非线性磷酸氧钛钾晶体，其中部分泵浦光被下转换为红外信号和闲频光束。接下来，该团队将泵浦功率提升至高于光学参量振荡器振荡阈值的75％，并将晶体冷却至260K以限制热噪声。

得到的放大信号和闲散光束以及反射的非下变频泵浦光被收集在三个独立的“分析腔”中以进行微调，然后输入到三对光电探测器中。从光电探测器输出的光电流允许测量场的同相和正交量子光学分量。最后，团队利用这些测量值以创建系统的协方差矩阵，并使用该矩阵的特征值来确定泵浦光、信号光和闲频光的六个边带的纠缠状态。

“多色量子网络”的桥梁

该团队发现协方差矩阵测量结果与六部分纠缠系统的数值计算预期值一致。更重要的是，实验表明，在某一点上，可以通过提高泵浦功率来改善边带纠缠的程度。然而，在一定的功率水平之上，光束与晶体中的热储存器中的声子耦合，这将引入噪声并降低纠缠水平。据该团队称，这个问题应该通过进一步冷却非线性晶体来克服。

来自单个连续波激光器的六种光学模式的纠缠有效地使早期光学参量振荡器实验中实现的三部分缠结加倍。当然，原则上，该团队的实验还表明，光学参量振荡器系统中不会有超过六种光学模纠缠在一起，毕竟只有三个光束和六个边带可供使用。但研究人员认为，将多个光学参量振荡器系统和激光器组合在一起可以使它们能够纠缠更多的光学模。

并且，在该研究团队看来，通过调整泵浦功率来实现这一目标并控制量子态的能力为量子信息系统的设计，甚至未来量子互联网的发展打开了新的大门。研究人员总结道：“我们的平台能够在许多具有明确但极其不同的频率的光学模式之间产生大量纠缠，这可能是多色量子网络的关键。”

微信分享

x

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

网站内容来源于互联网、原创，由网络编辑负责审查，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的，请在 20个工作日内与我们取得联系，联系方式：021-80198330。网站及新媒体平台将加强监控与审核，一旦发现违反规定的内容，按国家法规处理，处理时间不超过24小时。