從光源到探測(cè)：助力量子科技研究和應(yīng)用

  ICC訊 在光量子信息的前沿領(lǐng)域，尤其是量子通信與光量子計(jì)算中，糾纏光作為重要資源，其作用愈發(fā)凸顯。近年來(lái)，隨著窄線寬激光器、非線性晶體、超導(dǎo)納米線探測(cè)器與高精度TDC等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)不再滿足于“能跑起來(lái)”，而是朝著更精細(xì)、更復(fù)雜與工程化的階段。

  通信波段糾纏光

  圖1. 量子存儲(chǔ)：用冷卻摻鉺光纖存儲(chǔ)糾纏光子對(duì)的糾纏態(tài)[1]

  由于與現(xiàn)有光纖通信基礎(chǔ)設(shè)施天然匹配，損耗低、傳輸距離遠(yuǎn)，近年來(lái)通信波段的糾纏光的研究愈發(fā)受重視，為構(gòu)建大規(guī)模量子光網(wǎng)絡(luò)提供了現(xiàn)實(shí)可行的途徑。在1550 nm糾纏光的應(yīng)用中，對(duì)器件提出了新的要求：

  超導(dǎo)納米線具備大于70%的系統(tǒng)效率與低噪聲性能，以保障遠(yuǎn)距離糾纏分發(fā)與 QKD 的可行性；

  TDC 則必須提供 皮秒級(jí)分辨率 與 高通道并行處理能力，以滿足多光子關(guān)聯(lián)與精確時(shí)序測(cè)量；

  窄線寬激光器 是泵浦與頻率鎖定的關(guān)鍵，決定了光源的相干性與穩(wěn)定性；

  頻率變換模塊（PPLN/PPKTP 等） 則是實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)匹配、模式調(diào)控的重要手段，在光纖通信波段下尤為關(guān)鍵。

  我們攜手Single Quantum，Swabian Instruments，Eagleyard等廠商，將在CIOE展示覆蓋糾纏光產(chǎn)生—單光子探測(cè)—符合計(jì)數(shù)的整體方案：從臺(tái)式/蝶形780 nm窄線寬激光器，到產(chǎn)生自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換的PPLN/PPKTP模塊，到電光調(diào)制器EOM，空間光調(diào)制器SLM，以及超導(dǎo)納米線探測(cè)系統(tǒng)和TDC Time Tagger，全鏈路支持 量子光源表征、量子成像以及 QKD 原型驗(yàn)證 等前沿應(yīng)用。

  品牌與核心產(chǎn)品簡(jiǎn)介

  Single Quantum | 超導(dǎo)納米線探測(cè)系統(tǒng)

  特點(diǎn)：

  迄今最高的光子探測(cè)效率；

  穩(wěn)定可靠的閉環(huán)制冷；

  1s防跳鎖電子驅(qū)動(dòng)；

  光子數(shù)分辨；

  SNSPD相機(jī)

  關(guān)鍵規(guī)格：

  系統(tǒng)效率 ≥90%；

  時(shí)間都懂 ≤ 15 ps；

  暗計(jì)數(shù) ≤1 cps；

  最大計(jì)數(shù)率 ≥50–80 MHz；

  典型應(yīng)用：

     光量子計(jì)算

  量子光源表征

  單光子激光雷達(dá)

  量子成像

  Swabian Instruments | Time Tagger

  特點(diǎn)：

  輕松實(shí)驗(yàn)配置

  超低的時(shí)間抖動(dòng)

  靈活配置通道數(shù)

  多臺(tái)協(xié)同工作（需要Synchronizer）

  關(guān)鍵規(guī)格：

  抖動(dòng)低至2 ps

  單臺(tái)最多20通道

  最多160通道

  典型應(yīng)用：

  Toptica Eagleyard | 蝶形外腔mini-ECL

  特點(diǎn)：

  蝶形封裝

  外腔級(jí)別超窄線寬

  高穩(wěn)定性

  可觀輸出功率

  關(guān)鍵規(guī)格：

  775/780/795 nm等波長(zhǎng)

  線寬低至100 kHz

  功率60 mW（自由空間）/30 mW（光纖耦合）

  典型應(yīng)用：

  糾纏光源

  冷原子

  自發(fā)參量下轉(zhuǎn)化泵浦

  工程化糾纏源

  三豐Mitutoyo | 高性能物鏡

  特點(diǎn)：

  高NA值

  無(wú)限遠(yuǎn)校正

  長(zhǎng)工作距離

  平場(chǎng)復(fù)消色差

  關(guān)鍵規(guī)格：

  波長(zhǎng)校正范圍：480 – 1800 nm

  工作距離達(dá)37.5 mm

  NA值最高0.7

  可選超長(zhǎng)工作距離&高透射率規(guī)格

  典型應(yīng)用：

  糾纏光源

  自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換

  量子存儲(chǔ)

  Santec | 高性能LCOS SLM

  特點(diǎn)：

  全面的波長(zhǎng)覆蓋

  高相位穩(wěn)定度

  10-bit 1024位灰階

  高速/高功率/紫外型號(hào)

  可定制鍍膜

  關(guān)鍵規(guī)格：

  多款式覆蓋：365 – 1600 nm

  卓越的相位穩(wěn)定性（0.001  rad）

  WWUXGA（1920 x 1200）分辨率

  高速款：低至10 ms響應(yīng)時(shí)間

  高功率款：200 W/1000 W每平方厘米級(jí)（需要水冷）

  紫外款：延伸至365 nm

  典型應(yīng)用：

  量子成像

  鬼成像

  軌道光角動(dòng)量OAM

  光鑷原子

  中性原子量子計(jì)算

  Redwave Labs | 單光子探測(cè)模塊

  特點(diǎn)：

  高光子探測(cè)效率

  APD溫度控制電路

  超低暗計(jì)數(shù)

  低后脈沖概率

  關(guān)鍵規(guī)格：

     70%光子探測(cè)效率@650nm

   55%光子探測(cè)效率@800nm

  暗計(jì)數(shù)低至25 cps

  典型應(yīng)用：

  405->810 nm糾纏光子對(duì)檢測(cè)

  原子/離子光鐘

  時(shí)間關(guān)聯(lián)單光子計(jì)數(shù)

  WOORIRO | 單光子雪崩二極管

  特點(diǎn)：

  高量子效率

  低暗計(jì)數(shù)

  低后脈沖概率

  高重頻

  關(guān)鍵規(guī)格：

  25%PDE

  kHz級(jí)暗計(jì)數(shù)

  低后脈沖概率

  GHz級(jí)重頻

  可選NFAD

  典型應(yīng)用：

  量子密鑰分發(fā)QKD

  激光雷達(dá)

  定制化單光子探測(cè)系統(tǒng)

  Red-Pitaya，Wavelength Electronics等| 驅(qū)動(dòng)溫控鎖定電子配套

  特點(diǎn)：

  低成本

  多功能

  超低噪聲

  方便使用

  產(chǎn)品清單：

  Red-Pitaya開發(fā)板

  高精度溫控驅(qū)動(dòng)

  低噪聲高壓源-PZT驅(qū)動(dòng)

  前饋PZT驅(qū)動(dòng)

  典型應(yīng)用：

  微環(huán)腔模式控制

  量子光源

   激光穩(wěn)頻

  外腔激光器

  量子光學(xué)人，如果您在尋找合適的器件和儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自己的研究想法，歡迎在CIOE中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)展會(huì)期間蒞臨我們的展位（展位號(hào)：12A13），我們期待交流您的研究計(jì)劃！

  有關(guān)Single Quantum超導(dǎo)納米線探測(cè)系統(tǒng)，Swabian Instruments流式時(shí)間轉(zhuǎn)換儀TDC，Santec的LCOS SLM的咨詢和樣機(jī)試用，請(qǐng)接洽富泰科技科研與工業(yè)產(chǎn)品部：Ken 許工，電話號(hào)碼：13326844033。

  參考資料

  [1Wei, SH., Jing, B., Zhang, XY. et al. Quantum storage of 1650 modes of single photons at telecom wavelength. npj Quantum Inf 10, 19 (2024). https://doi.org/10.1038/s41534-024-00812-1]