2025 量子纠缠光源性能表征和测试方法

量子信息网络产业联盟标准、量子信息网络产业联盟发布I 2 2 2 25.4量子点纠缠光源 2 2 2 3 36.4单光子纯度 36.5单光子模式纯度 46.6光子全同性（HOM干涉可见度） 4 4 7 7 7 87.4单光子纯度 97.5单光子模式纯度 97.6光子全同性（HOM干涉可见度） 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件主要起草人：周强、范云茹、、付在明1量子纠缠光源性能表征和测试方法GB/T43737-2024量子测量4缩略语CAR：符合-偶然符合计数比（Coincidence-to-accidentaDWDM：密集波分复用器（Densewavelengthdivisionmultiplexer）HOM：洪-区泽宇-曼德尔（Hong-Ou-Mandel）HWP：半波片（Half-wavepNV：氮空位（Nitrogenvacancy）P：偏振器（Polarizer）PC：偏振控制器（PolarizationcontrollPD：光电探测器（PhotodetectSFWM：自发四波混频（SpontaneousfouSNW：纳米硅波导（SiliconnanoSPD：单光子探测器（SinglephotonSPDC：自发参量下转换（SpontaneousparametricdowncTDC：时间-数字转换器（TimetodigitalconvertUMZI：非平衡马赫-曾德尔干涉仪（UnbalancedMach-Zehnderinterferometer）VOA：可调光衰减器（Variableopticalattenuator）VODL：可调光学延时线（Variableopticaldelayline）2学材料利用自发四波混频（Spontaneousfourwavemixing，SFWM）过程进行制备，三是基于量子点SPDC纠缠光源利用二阶非线性效应制备纠缠源四波混频过程是一种常见的三阶非线性过程。在满足相位匹配条件的情况下通过四波混频过程可述四波混频过程可以通过频率视为频率为coi和w2的光场与处于率处于单光子水平，不足以引起任何受激辐射效应，则可以将上述过程被称为自发四波混频过程。5.4量子点纠缠光源基于半导体材料的量子点（或其它辐射子，如NV色心）纠3机符合。符合-偶然符合计数比（Coinciden单光子产生率定义为单位泵浦功率下每个通道单位时间内产生的光子数。测量过程需要对光子的6.3宣布式单光子源的宣布效率宣布式单光子源是关联光子对的重要应用之一，在保证单光子输出的同时可以大大降低空脉冲的对的量子关联特性，通过探测关联光子对中的其中一个光子（比如闲频光子将输出的电信号作为触分别输入至符合测量模块进行逻辑符合运算。设宣布电信号下输出光子波包中包含一个光子的几率为4P(1)，包含两个光子的几率为P(2)，忽略三个光子及更多光子的几率，则宣布单光子的单光子纯度gH(2(t=0)为：6.5单光子模式纯度单光子的模式纯度由二阶自相关函数g2(0)衡量，可以通过Hanbury-BrownandTwiss(HBT)实验和SPD2探测。探测器将光信号转换为电信号，其中一路经过一个延时器（延时量为τ)后与另一路信6.7不同自由度量子纠缠的性能表征5要求两个干涉仪的臂长差对应的时延At大于关联光子对的相干时间以保证在任何一路都不会发生单光臂，s和i分别表示信号光子和闲频光子；能量-时间纠缠还可以通过双光子干涉进行测量。关联光子对输入至非平衡迈克尔逊光纤干涉仪中在能量-时间纠缠双光子态中双光子在频率自由度或产生时间上是以连续的形式叠加在一起的，因对于非简并的能量-时间纠缠双光子态，得到的反群聚路径纠缠态同时也是频率片纠缠双光子态。通过空间拍效应测试反群聚路径纠缠双光子态的频率纠缠特性。从非平衡马赫-曾德尔干涉仪（UnbalancedMach-Zehnderinterferometer，UMZI）两个端口输出振控制器（Polarizationcontrolle通过密集波分复用器（Densewavelengthdivisionmult6光分束器时的相对延时差，sinc(·ΔT)述了空间拍双光子干涉条纹的包络线，可以用角频率带宽为a相位差，理想态的初始相位p0。对能量-时间纠缠双光子态进行离散化可以对光子的产生时间进行离散化，这便能得到时间片纠缠通过双脉冲激光泵浦非线性介质即可产生二维时间片纠缠光子对。单个时间片量子比特的投影测量可以通过一个两臂之间的相对延时差等于时间片时间间隔的UMZI来实现的。通过 态依赖于UMZI两臂之间的相位差，所以也被称为“能量基”。 通过适当的选择自发参量下转换过程或自发四波混频过程中的相位匹配方式和实验设计，当泵浦子会分布在两个相交的光锥面上，因交线上一起出现的正交偏振光子由同一个自发参量下转换过程产生，具有量子关联特性；同时，由于无法区分它们究竟来自哪一个光锥面，形成如 1l/ 1l/2(IHsvieiVSHi)7m/4rad时符合计数Ncc随着2变化的干涉条纹来干涉可见度v大于1//2，等效于违背Bell不等式，双光子具有偏振纠缠特性。叠加态的量子比特（qubits）不同，高维系统可以处于多种状态的叠加态，从而增加了系统的复杂性和纠缠量子态可以通过6.7.1节中描述的双光子干涉可见度进行表征。图1符合计数率、偶然符合计数率和符合-偶然符合计数比测试配置图a)按照图1搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、单光子探测器与时间-数字转换器。配置测试装置确保产生信号/闲频纠b)设置分光滤波装置的通过波长，选择出对应的信号光子和闲频光子；c)将选取出的信号光子和闲频光子分别输入到两个单光子探测器进行探测，由时间数字-转换器d)按照公式（1）计算符合-偶然符7.2单光子产生率8a）按照图1搭建测试系统；b）按照YD/T3907.4-2024（基于BB84协议的量子密钥分发（QKD）d）按照7.1.2中描述的方法测试符合计数率Ncc；7.3宣布式单光子源的宣布效率图2宣布式单光子源的宣布效率测试配置图a）按照图2错误:未找到引用源。搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、50/50分束器、单光子探测器与时间-数字转换器。配置测试装置确保产生信号/闲频纠缠光子d）TDC分别记录SPD1-3的单光子计数率，记为Ni、N2和N3；将SPD1输出电信号作为宣布9a）按照图2错误:未找到引用源。搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、50/50分束器、单光子探测器与时间-数字转换器。配置测试装置确保产生信号/闲频纠缠光子b）使用分光滤波模块选择出信号光子和闲c）TDC分别记录SPD1-3的单光子计数率，记为Ni、N2和N3；同时将SPD1输出电信号作为d）根据公式计算单光子二阶相关函数g(τ)。图3单光子模式纯度测试配置图a)按照图3错误:未找到引用源。搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、50/50分束器、延时器、单光子探测器与时间-数字转换器。配置测试装置确保产生信号/闲频d)按照公式（6图4光子全同性测试配置图c)通过改变延时器来调整两个光路的时间差∆t，得到不同时间差∆t下的符合计数N；7.7纠缠参数图5能量-时间纠缠测试配置图a）按照图5搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、分束器、延时器、合b）设置分光滤波装置的通过波长，选择出对应的信号光子和c）将选取出的信号光子和闲频光子分别经过由分束器、延时器、合束器组成的非平衡马赫-曾德和闲频光子的中间峰符合计数率Ncc；e）根据公式计算干涉可见度V。图6频率片缠测试配置图分束器、延时器、偏振控制器、合束器、分光滤波模块、偏振控制器、单光子探测器与时间-数字转换器。配置测试装置确保产生信号/闲频纠率N满足公式（9时间片纠缠的测试配置与能量-时间纠缠的测试配置一致。在时间片纠缠制备和测试中，泵浦激光a）按照图5搭建测试系统；依次连接待测量子纠缠光源、分光滤波模块、分束器、延时器、合b）设置分光滤波装置的通过波长，选择出