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Press Release  媒体报道&中文解说



20181001


《双光子态的时频对偶性:实现量子光学合成器的基础》

时频对偶性是傅立叶变换的一个基本特性,也是现代光学中的一个重要概念。利用时频对偶性可以通过操纵电磁场的振幅和相位来控制光学波形。传统的一维时频对偶性已成功应用于描述经典光(例如激光中发出的超快光脉冲)的行为。然而,一维的处理方法不能描述多光子(例如从自发参量下转换过程中产生的双光子对)在时间频率上的量子关联特性。必须使用二维的方法来处理,但由于技术问题尚未完全展示。在本研究中,我们首次通过测量双光子的频域和时域分布来研究双光子的时频对偶性。实验结果表面双光子的频谱分布满足傅立叶变换限制条件,而单光子的分布则不满足此限制条件。本研究为量子光学合成器的研究铺平了道路,量子光学合成技术有可能成为超越传统光学合成器的下一代技术。

Rui-Bo Jin, Takuma Saito and Ryosuke Shimizu, “Time-frequency duality of biphotons for quantum optical synthesis” Physics Review Applied 10, 034011 (2018)

 


《在二维频域空间中对双光子频谱的操纵:实现双光子波包任意操控的关键一步》

对于基础科学研究和先进光学制造技术来讲,光波的任意整形都是一个基础而重要的课题。然而,目前对光子波包的整形仍然是具有挑战性的任务。该工作中,我们在实验上对二维频域空间中的双光子波包的频率和相位进行了调控。通过调节晶体的温度来控制频率分布,通过调节色散玻璃片的倾斜角来控制相位分布。通过测量双光子频谱分布和HOM干涉来确认调控的效果。该工作中使用的技术将为多光子波包的任意整形铺平道路。

Rui-Bo Jin, Ryoji Shiina and Ryosuke Shimizu, “Quantum manipulation of biphoton spectral distributions in a 2D frequency space toward arbitrary shaping of a biphoton wave packet,” Optics Express 26, 21153 (2018)

 


《从PPKTP同构晶体中产生的量子态的热效应研究》

       

在量子信息的处理过程中,总离不开量子态及其演化过程。其中,单光子态是量子信息中最基本的量子态,其同时也是量子信息处理的基础和出发点。从磷酸钛氧钾同构晶体中产生的单光子态是研究人员最近发现的一类重要的单光子源,但它们的热效应尚不清楚。本文通过理论计算和数值模拟对磷酸钛氧钾的五种同构晶体的热学效应进行了全面而细致的计算。这些热效应对于量子态的精确控制非常重要,未来可能会应用在量子干涉或光谱学中。

Rui-Bo Jin, Guo-Qun Chen, Fabian Laudenbach, Shengmei Zhao and Pei-Xiang Lu “Thermal effects of the quantum states generated from the isomorphs of PPKTP crystal” Optics and Laser Technology 109, 222-226 (2019)

 



《可应用于量子光谱分析的扩展的维纳-辛钦定理》

本网讯(通讯员 金锐博)2018年1月24日,美国光学学会旗下顶级期刊Optica(2016影响因子7.7,SCI一区)在线发表了理学院“工大学者”特聘教授金锐博博士的最新研究成果《可应用于量子光谱分析的扩展的维纳-辛钦定理》(Extended Wiener-Khinchin theorem for quantum spectral analysis)。该论文的第一作者为金锐博博士,第一单位为武汉工程大学,合作者为日本电气通信大学的Ryosuke Shimizu副教授。

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、计算机科学和计量学,形成量子保密通信、量子计算和量子测量等新兴研究领域。如何利用量子力学的基本原理,实现超越经典测量能力的量子测量技术,是目前的研究热点。

维纳-辛钦定理是传统光学中一个常用的定理,它是目前已广泛应用的干涉光谱仪(又称为傅立叶变换光谱仪)的理论基础。干涉光谱仪通过对经典光学干涉(如麦克尔逊干涉、马赫曾德干涉等)条纹做傅立叶变换而获得光源的频谱分布。这种光谱仪只能测量经典光场(如激光)的光谱。近年来,随着科技的进步,几种新型的量子干涉(如HOM型干涉和NOON型干涉)技术已发展成熟。如何在量子干涉的基础上制备出量子干涉光谱仪,从而测量量子光场(如量子纠缠光)的光谱,有可能引发光谱分析领域的一场变革。为了研究这个问题,金锐博博士及合作者把维纳-辛钦定理从经典光学领域扩展到量子光学领域,在理论上给出了扩展后的维纳-辛钦定理定理的表达式,并且在实验上进行了验证。实验结果表明,纠缠光子对之间的合频信息可以通过对NOON型干涉条纹做傅立叶变换得到,而差频信息可以通过对HOM型干涉条纹做傅立叶变换得到。实验结果很好的验证了理论分析。该工作为今后量子干涉光谱仪的开发奠定了理论和实验基础,也为今后在单光子量级弱光条件下研究光与物质的相互作用开辟一条新的路径。

文章链接:Rui-Bo Jin and Ryosuke Shimizu “Extended Wiener-Khinchin theorem for quantum spectral analysis” Optica 5, 93–98 (2018)     https://doi.org/10.1364/OPTICA.5.000093



《光通信波段的基于周期极化钛氧晶体的频域纯态制备》

本网讯(通讯员 金锐博)2016年12月28日,美国物理学会旗下著名期刊《应用物理评论》(Physics Review Applied)在线发表了理学院“工大学者”特聘教授金锐博博士的最新研究成果《光通信波段的基于周期极化钛氧晶体的频域纯态制备》(Spectrally Pure States at Telecommunications Wavelengths from Periodically Poled MTiOXO4 (M=K, Rb, Cs; X = P, As) Crystals)。

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。该论文中提出了一类新的晶体来制备光纤通信波段的频域无关联的单光子源。通过理论计算和数值模拟,金博士及其合作者发现周期极化的磷酸钛氧钾(PPKTP)的四种同构晶体:磷酸钛氧铷(RTP)、砷酸钛氧钾(KTA)、砷酸钛氧铯(CTA)和砷酸钛氧铯(RTA)晶体可以在1300nm波段到2100nm波段制备出高纯态的单光子源。特别是CTA晶体可以在1506nm波段实现0.97的频域高纯度,远远超过之前人们所发现的0.82的最高纯度。文章的最后指出PPKTP晶体有118种同构晶体,但目前人们仅仅研究了其中不到10种晶体的非线性光学性质,因此该领域在未来仍有较大的研究潜力。 该研究将为今后的光通信波段的高纯度单光子源的制备提供更多更好的选择。

文章期刊链接:

Rui-Bo Jin, Pei Zhao, Peigang Deng, Qing-Lin Wu “Spectrally pure states at telecommunications wavelengths from periodically poled MTiOXO 4 (M = K, Rb, Cs; X = P, As) crystals” Physics Review Applied 6, 064017 (2016)