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量子纠缠是量子信息学中最重要也是最为奇特的一个课题。在量子信息学中,量子信息的处理离不开量子态及其演化,而量子纠缠态毫无疑问是各种各样的量子态中最重要的一种。量子纠缠在量子信息学的两大领域--量子通信和量子计算中都有着广泛的应用。要实现量子计算首先就要实现两比特逻辑门,通常是受控非门(CNOT),这种逻辑门事实上就是将两个量子比特纠缠起来的过程。除此之外,量子纠错码方案通常也要使用量子纠缠态;在量子通信中,使得纠缠态具有重要意义的主要是量子隐形传态技术。甚至有人认为在某种意义上可以将量子通信等价于异地纠缠态的建立,操纵和测量。另一方面,对于量子纠缠态的性质研究也会使得我们能够更深刻地理解量子力学。此外,迄今为止,作为最有望首先在实际应用中取得突破的量子密钥传输到现在仍没有实现网络化传输,这大大制约了其实用价值。这其中的关键在于没有量子路由器。以上所说也正是本人将纠缠源(双光子源)的研究作为硕士论文主要内容的原因。
迄今为止,实现量子纠缠态的制备、操纵的最重要、最常用也是最方便的方法就是利用在非线性光学晶体中的自发参量下转换过程产生光子纠缠态。在以前的实验中,用连续激光泵浦的纠缠源通常有良好的光谱性质,而脉冲激光泵浦的纠缠源则有着更好的时间同步特性以及更高的多光子产生率并被广泛应用于制备具有良好的时间关联特性的光子源,比如三光子态,四光子态甚至是六光子态。也有些人尝试用周期性极化晶体来产生新的光子源并取得了一些成绩。但是很遗憾目前没有人能够同时把超短脉冲泵浦和信号光置于通信波段结合起来。这就意味着目前没有适合于用在光纤网络通信的高质量光源。本文在介绍了一个基于周期性极化铌酸锂晶体的波长可调谐通信波段双光子源。其参量光波长分别为1550nm(通信波段)和539nm(可见光波段)附近。使得该光源既有光纤传输时的高效率,也有休闲光在可见光波段单光子探测器的高可探测率。此外把信号光的线宽控制在3nm以内,在超短脉冲泵浦的光源中这是一个很大的进步。通过精确控制晶体温度,在通信波段获得超过50nm范围的波长调谐范围。波长连续可调的实现,为建造量子路由器,并最终实现网络通信铺平了道路。