中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊任希鋒等人與南京大學祝世寧團隊及香港理工大學、華東師范大學等單位合作，在高維、多光子量子糾纏光源研究中取得突破。6月26日，研究成果發表在《科學》上。
 

　　隨著光量子信息技術的發展，現有的量子光源制備方案在提高糾纏維度以及糾纏光子數方面都面臨著光學系統復雜、可集成度低、穩定性弱等問題，已經不能滿足量子計算、量子通訊、量子計量等領域的需求，制約著光量子信息朝著大規模集成方向發展。最近，“超構表面”的研究為量子光源及光量子信息技術的發展提供了一條全新的路徑。
 

　　研究者引入超構表面技術，將超構透鏡與非線性光學晶體組合在一起，構成全新的超構表面量子光源系統。他們制備出10X10的超構透鏡陣列，該陣列將泵浦激光均勻地分成10X10份，在BBO晶體中聚焦發生自發參量下轉換過程，可制備100維路徑糾纏，也可以產生多光子。增加透鏡陣列數還可以進一步提高糾纏光子的維度。
 

　　實驗測得所構成的二維、三維以及四維路徑糾纏態的保真度分別達到98.4%，96.6%和95.0%。不僅如此，超構透鏡具有靈活的光場調控能力，可以對光場的相位、偏振、振幅等集成調控。研究團隊通過對超構透鏡的相位設計，對所制備的量子糾纏態進行了精細的相位編碼，并通過實驗進行了很好的證明。在多光子方面，研究者利用415 nm的飛秒激光作為泵浦源，測量了由該系統制備的4光子和6光子的符合曲線，并展示了4光子Hong-Ou-Mandel干涉的結果，得到很高的干涉對比度，證明產生的多光子量子光源具有很好的性質。
 

　　該工作通過引入超構表面技術，實現了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現有量子光源的技術瓶頸和信息編碼維度限制，有望應用于高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領域，對發展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術具有重要意義。
 

　　該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省以及中國科學技術大學的資助。