基于光场量子态的量子信息研究
量子态的量子特性与量子操控
量子态的量子特性与量子操控量子态的量子特性与量子操控是量子力学领域中的重要概念和研究方向。
量子态指的是描述量子系统的状态，而量子特性则包括了量子叠加态、纠缠态等奇特现象。
量子操控则指的是通过外界的干预和操作来改变和控制量子系统的态。
本文将探讨量子态的量子特性以及量子操控的原理和方法。
一、量子态的量子特性量子态的特性与经典物理的描述有所不同，它具有叠加态和不确定性等独特的性质。
首先，量子系统可以存在于叠加态中。
这意味着系统在某种特定条件下可以同时处于多个状态，而不是只能处于其中一个状态。
这种叠加态的概念被广泛应用于量子比特（Quantum Bit）的基本单元。
其次，量子系统的态可以通过测量而坍缩到某个确定的状态。
这意味着在测量之前，系统并没有确定的状态，而只有一定的概率分布。
最后，纠缠态也是量子态的一种特殊性质。
当两个或多个量子系统发生相互作用时，它们之间可以形成一种纠缠态，即测量其中一个系统的状态会立即反映到其他系统中，无论它们相隔多远。
二、量子操控的原理和方法量子操控是指通过使用外部手段来对量子系统的态进行操作和控制。
量子操控可以通过施加电磁场、磁场、光场等方式实现。
其中，最常见的方式是通过光场与原子的相互作用来实现量子操控。
在这种情况下，光场的能量与频率可以调节，从而控制原子的能级结构和自旋态。
通过恰当选择光场的参数，可以实现量子比特之间的耦合、量子态的旋转和相干操作等。
此外，量子操控还可以通过微波场、激光脉冲等方式实现。
比如，在超导量子比特中，可以通过施加微波场来实现量子态的演化和控制。
另外，激光脉冲也可以用于对量子系统的处理，通过调整激光脉冲的幅度、频率和相位等参数，可以精确地操作和操控量子系统的态。
三、量子态的应用量子态的量子特性与量子操控技术不仅仅是学术研究的一部分，而且具有广泛的应用前景。
首先，量子态的叠加性质使得量子计算成为可能。
量子计算利用量子比特的叠加态和纠缠态，具有计算速度快、能力强大等优势，被认为是未来计算的关键技术。
2010年973项目
2010CB227100 高效规模化太阳能热发电的基础研究 2010CB227200 大规模高效液流电池储能技术的基础研究 2010CB227300 多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究
1
序号
项目编号
Байду номын сангаас
项目名称 东南大学
承担单位
首席科学家 洪伟 刘新宇 任晓敏 许宁生 刘铁根 李波 孙家广 蒋昌俊 陈章渊 余少华 夏军 杨修群 吕达仁 周名江 石建省 赵美训 王超
超高频、大功率化合物半导体器件与集成技术基 础研究 新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构 2010CB327600 体系基础研究 新型微显示和场发射平板显示高品质化及应用的 2010CB327700 基础研究
1315.00 1328.00 1312.00 1345.00 1331.00 1440.00 1373.00 1418.00 1409.00 1379.00 1167.00 1184.00 1290.00 1433.00 1268.00 1317.00 1195.00
深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理 论
2010CB732100 城市地下工程安全性的基础理论研究 2010CB732200 生物质转化为高值化材料的基础科学问题 2010CB732300
清洁能源生产和环境治理中稀土催化材料应用的 基础研究
2010CB732400 仿生分子识别技术在生物医学应用的基础研究
项目编号
项目名称 钢铁研究总院 中南大学 西安交通大学
承担单位
首席科学家 董瀚 邱冠周 孙军 益小苏 孙晓峰 朱敏 张文军 李世海 刘日平 李晓谦 戴琼海 吴一戎 冯夏庭 张顶立 孙润仓 卢冠忠 鞠熀先
量子信息的基本概念和应用
量子信息的基本概念和应用量子信息是一种研究量子力学的基础及其应用的领域，涉及到量子计算、量子通信、量子密码、量子探测等方面的科技发展。
量子信息学的理论基础主要涉及到量子态的制备、测量、演化等方面，这些都具有量子力学的非经典性特征，在信息传输中也有着独特的优势。
1. 量子比特和量子门量子计算的基础是量子比特。
在经典计算中，比特可以表示为0或1两个状态，而量子比特则可以表示为量子态在0和1两个状态之间的叠加态。
量子比特的叠加态可以非常灵活地进行信息处理。
同时，两个量子比特之间的关系可用于量子门实现量子计算。
量子门是量子比特上的一种操作。
在经典计算中，门是逻辑计算的基础，比如与门、或门等。
在量子计算中，常用量子门有两种：哈达玛门和控制 NOT 门。
哈达玛门是一种将量子比特从0态转化为1态，或者从1态转化为0态的操作，同时会使量子比特进入叠加态。
控制 NOT 门则是一种通过控制二个量子比特之间的耦合关系，可以将其中一个量子比特翻转的操作。
2. 量子通信量子通信是建立在量子密集编码和量子纠缠的基础上的通信方式。
量子密集编码可以大大提高信息传输的速率，而量子纠缠则可以保证信息的安全性。
在量子密集编码中，发送方需要将两个量子比特制备成纠缠态，然后将其中一个量子比特发送到接收方。
接收方收到量子比特时，应用恰当的算法就可以从纠缠态中提取出信息。
量子密集编码可以大大提高信息传输的速率，但也具有很高的难度和技术要求。
在量子通信中，量子纠缠是保证通信的安全性而被广泛使用的技术。
量子纠缠是一种特殊的量子态，双方之间的信息传输可以通过使用量子纠缠来保证安全性。
即使第三方窃取了一部分纠缠态，也不能完全重建这个态，使得信息安全性得到保障。
3. 量子密码量子密码是量子通信的一个重要应用。
在量子密码中，发送方会将待发送的信息加密成一组量子比特，然后发送到接收方。
接收方接收到量子比特后，应用一组公布的协议来对其进行解密。
而这些协议只有发送和接收方之间才会知道，第三方无法插手和窃取信息。
量子调控及其在量子光学中的应用
量子调控及其在量子光学中的应用引言：量子调控是指通过外部手段对量子系统进行精确的操控和控制，以实现特定的量子态和量子行为。
量子光学作为量子调控的一种重要应用领域，研究如何利用光与物质的相互作用来实现光的量子态的控制和操作。
本文将介绍量子调控的基本原理以及其在量子光学中的应用。
一、量子调控的基本原理量子调控的基本原理是通过外部手段对量子系统的哈密顿量进行调制，从而实现对量子态的操控。
在量子光学中，常用的调控手段包括光场的干涉、光场的驱动和光场的耦合等。
1. 光场的干涉光场的干涉是通过将两个或多个光场进行叠加，实现对光场的干涉效应。
通过调节干涉光场的相对相位和强度，可以实现对光场的相位和振幅的调控。
例如，通过调节干涉光场的相对相位，可以实现光的干涉效应，如干涉条纹的出现。
2. 光场的驱动光场的驱动是通过外部的光场对量子系统进行激发，从而实现对量子态的调控。
常用的光场驱动手段包括激光的脉冲调制、激光的频率调制等。
通过调节驱动光场的参数，可以实现对量子态的激发和退相干的控制。
3. 光场的耦合光场的耦合是指将光场与量子系统进行耦合，实现对量子态的调控。
光场的耦合可以通过光与原子之间的相互作用来实现。
例如，通过调节光与原子之间的相互作用时间和强度，可以实现光与原子的相互转换，从而实现对光场的调控。
二、量子调控在量子光学中的应用量子调控在量子光学中有着广泛的应用，包括量子通信、量子计算和量子精密测量等领域。
1. 量子通信量子通信是利用量子态的特性进行信息传输的一种新型通信方式。
量子调控可以实现对光场的量子态的控制和操作，从而实现对量子通信的调控。
例如，通过调节光场的相位和振幅，可以实现对量子态的编码和解码，从而实现对量子信息的传输。
2. 量子计算量子计算是利用量子力学的原理进行计算的一种新型计算方式。
量子调控可以实现对量子系统的操控和控制，从而实现对量子计算的调控。
例如，通过调节量子系统的哈密顿量，可以实现对量子比特的操作和控制，从而实现对量子计算的调控。
研究控制和观测量子态的方法
研究控制和观测量子态的方法量子力学是近代物理学中最神秘、最丰富的领域之一，量子态是其研究的核心问题。
自从量子力学问世以来，科学家们一直在追求控制和观测量子态的方法，以便更深入地理解这个奇妙的世界。
一、光子技术光子技术是一种利用光子对量子态进行控制和观测的方法。
它通过操纵光场中的量子信息来实现量子态更新和测量。
光子技术是一种高效、灵活、非破坏性的观测方法，在研究和实践中得到广泛应用。
例如，在光子技术中，我们可以使用量子比特来表示量子态，然后利用光子状态的光暗比进行精确的测量，从而有效地控制量子态。
二、量子计算机开发随着量子计算机的发展，我们可以更好地制作、控制和观测量子态。
量子计算机是一种使用量子位代替传统二进制比特的计算机，它的理论速度要远远快于传统计算机。
量子计算机的开发需要强大的计算能力，也需要先进的技术和理论支持。
例如，我们需要控制量子比特，对它们进行存储和操作，以实现量子态的精确控制和观测。
这需要我们发展新的物理原理，开发新的器件和技术来实现。
三、量子传输和通信量子传输和通信是将量子信息可靠地传输和传递的过程。
量子信息可以被转移到远程的量子系统中，通过多种方法来控制和观测。
例如，利用量子比特进行交互式通信，我们可以有效地传输量子信息。
同时，我们还可以使用基于量子的安全通信技术来保证通信的机密性和安全性。
这种技术使用量子态的非克隆性来保密通信，并且不会被窃听和攻击。
量子通信在这个信息爆炸的时代，对于保护隐私和安全极为重要。
四、量子态控制方法的优化量子态控制方法在研究过程中需要不断优化。
例如，我们可以尝试改变控制和观测方法，使其更有效、高精度和可靠。
一个重要的优化方法是探究量子平衡问题。
我们通过研究量子态中的平衡，可以更好地理解量子态的行为并预测可能的阻滞或失控点。
这有助于我们开发更好的控制方法，并在实践中提高控制效率。
五、未来的展望随着技术和理论的不断发展，我们将有可能实现更高效、更精确的量子态控制和观测方法。
光学与量子光学中的量子态与量子信息
光学与量子光学中的量子态与量子信息在自然界中，光学技术一直是一项重要的技术。
进展的主要原因是，光学实验现在可以对干涉、散射和吸收等过程中的量子态进行精确定量的测量。
此外，随着科技的不断发展，人类已经开始利用这些工具来研究量子信息。
因此，本文将探讨光学与量子光学中的量子态和量子信息。
一、量子态的基础量子态是描述物理系统状态的状量，其中严格符合量子力学的规律。
一个量子系统可以处于多个量子态之一。
例如，可以将一个电子的旋转角度视为它的量子态，例如上旋或下旋。
这些态具有相同的能量和质量，但在其自旋方向上的可观测性质的值是不同的。
另一个例子是原子的能级，它们在某些能量水平上处于不同的量子态。
二、量子信息的概念量子信息涵盖了量子力学的多种特性，例如叠加态、纠缠态、测量和避免损失等。
与经典信息不同，量子信息起源于量子态之间存在的纠缠关系。
纠缠态指的是当多个粒子正在共同运动时，它们之间的状态变得相互依存。
三、量子态与量子信息在光学和量子光学中的应用光学和量子光学作为一个不断互相交融发展的领域，其发展在很大程度上取决于计算和物理之间的关系。
例如，光学通常涉及光子的传输和控制，而量子光学则更加强调信息哈密顿量的控制。
光学和量子光学的目标是开发新型的传感器、通信系统和计算机等，这些系统可以利用光的性质来进行操作。
这些操作包括识别光的极化状态、波长、光子数、相位一致性等。
量子光学非常重要的一点是量子态的制备和调控。
这可以通过使用光子晶体、气体注入等方法，在光子系统中实现。
例如，在纠缠态制备中，可以将一对光子放到相邻的腔中，这种状态也称为强化光。
在光学中，包括对光子之间的关系进行计算和对光子的流量进行测量等。
光量子实验室往往使用三个主要的光子交换方法：作为常规光与蒸汽交互作用的布洛赫方程（Bloch）方法，作为激光中的光子与光场作用的光子统计方法（Photon statistics method）和作为激光器光束的光子之间的光场相互作用的激光相干方法。
量子信息与量子通信
量子信息与量子通信量子力学的引入给科学界带来了革命性的变革。
量子信息和量子通信作为量子力学的重要应用之一，在现代科学和技术发展中发挥着重要的作用。
本文将从量子信息和量子通信的基本概念、原理和应用等方面进行探讨。
一、量子信息的基本概念量子信息是指利用量子力学的基本原理处理和传输信息的方法。
量子信息的基本单元是量子比特，即量子位的简称。
与经典信息的基本单元位是0和1不同，量子比特允许处于0和1的叠加态，这是量子力学中超重要的特性之一。
量子信息的编码方式主要有两种，即量子态编码和纠缠态编码。
量子态编码是指将信息编码到一个量子比特的不同态之中，而纠缠态编码是指将信息编码到多个量子比特之间的纠缠态之中。
这两种编码方式分别适用于不同的实际应用场景。
二、量子通信的基本原理量子通信是利用量子态的特性进行信息传输的方法。
在量子通信中，量子信道扮演着关键的角色。
量子信道是指传输量子信息的通道，其中包括通信的发送端、传输介质和接收端。
在传统的量子通信中，人们通常使用光子作为量子比特进行传输。
光子具有高速传输和低损耗等优点，因此成为理想的量子信息传输介质。
通过使用特定的量子态编码和解码技术，可以实现对量子信息的高效传输和接收。
三、量子信息和量子通信的应用量子信息和量子通信在众多领域中都有着广泛的应用。
其中，量子计算是量子信息中的一个重要研究方向。
量子计算利用量子比特的并行计算和量子纠缠的特性，可以在特定应用场景下实现更高效的计算。
另外，量子通信与信息安全密切相关。
量子密码学是一种基于量子力学的密码学方法，它利用量子纠缠和不可克隆定理等原理，提供了更高的安全性和不可篡改性，能够有效抵御传统密码学中的攻击手段。
此外，量子通信还被应用于量子传感、量子测量和量子网络等方面。
量子传感利用量子态的敏感性，可以实现更高精度的测量和探测；量子测量则通过对量子比特的测量，实现对量子系统的特性分析；而量子网络则是将多个量子节点通过量子通信进行互联，实现多个节点之间的信息交流和计算协同。
量子光学中的量子态工程技术
量子光学中的量子态工程技术在当今科技飞速发展的时代，量子光学作为一门前沿学科，正引领着我们对光与物质相互作用的理解进入一个全新的境界。
其中，量子态工程技术无疑是量子光学领域中的一颗璀璨明珠，为实现各种量子信息处理和量子通信任务提供了关键的手段。
量子态，简单来说，就是微观粒子所处的一种特定状态。
在量子世界中，粒子的状态不像在经典世界中那样可以被明确地确定，而是以一种概率的形式存在。
而量子态工程技术，就是通过各种手段来精确地制备、操控和测量这些量子态，以实现特定的量子任务。
为了更好地理解量子态工程技术，让我们先从量子光学中的基本概念入手。
光子，作为光的基本粒子，具有能量、动量和偏振等特性。
在量子光学中，我们关注的不仅仅是光子的数量，更重要的是它们所处的量子态。
例如，单个光子可以处于水平偏振态、垂直偏振态或者它们的叠加态。
而多个光子可以处于纠缠态，这种状态下，它们之间存在着一种神秘的关联，即使相隔很远，对其中一个光子的测量也会瞬间影响到另一个光子的状态。
那么，如何实现量子态的工程呢？这需要一系列先进的技术和方法。
其中，最常用的手段之一是利用激光与原子或分子的相互作用。
通过精确控制激光的频率、强度和脉冲形状等参数，可以实现对原子或分子内部电子态的操控，从而制备出所需的量子态。
例如，在冷原子实验中，科学家们利用激光冷却和囚禁技术，将原子冷却到接近绝对零度的低温，此时原子的运动速度变得非常缓慢，量子效应得以显著体现。
然后，通过特定的激光脉冲序列，可以实现对原子量子态的精确操控，制备出各种复杂的量子态，如叠加态、纠缠态等。
除了激光与原子的相互作用，量子点、超导电路等也为量子态工程提供了重要的平台。
量子点是一种尺寸在纳米量级的半导体结构，它可以像一个人造原子一样，具有离散的能级。
通过施加电场、磁场或者光场等，可以调控量子点中电子的状态，实现量子态的制备和操控。
超导电路则利用了超导材料在低温下的零电阻特性，通过设计特殊的电路结构，可以实现对超导电流和电磁场的精确控制，从而实现量子态的工程。
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项目名称：基于光场量子态的量子信息研究一、研究内容项目将围绕重大科学研究计划“量子调控”专项中的“基于光场量子态的量子信息研究”的指南内容，瞄准利用光场量子态进行量子信息处理中的关键科学和技术问题，如：稳定可靠的纠缠光源的获得，有效的纠缠光纯化以及光与原子量子接口的实现等开展深入的研究。
从实验上构建稳定可靠、可扩展、易操控的量子信息处理物理系统，以及在原理探讨中加强核心技术的获得。
本项目拟解决的关键科学问题包括：1. 具有实用价值的纠缠态光源的研制：需解决以下关键问题：（1）研制高质量高功率全固态1.5μm/1.3μm 连续单频激光光源、窄线宽连续可调谐钛宝石激光器；（2）降低作为泵浦源的激光器的位相噪声使之达到散粒噪声极限，最大限度克服其对量子纠缠态光场纠缠度的影响；（3）改善反馈控制系统以降低光束间相对位相波动，提高非线性晶体的控温精度，以获得高纠缠度连续变量量子纠缠态光场；（4）当非简并光学参量振荡器运转于阈值以上时，研究解决两个下转换模在光学参量振荡腔内的不平衡损耗；（5）优化基于光纤的纠缠光源的参数，提高纠缠度，并使该系统全光纤化。
2. 多色多组份纠缠态光场产生及量子态传输：需解决以下关键问题：（1）将作为泵浦源的光纤激光器输出噪声降低到散粒噪声极限水平；（2）寻找合适的控制参数，实现量子离物传态以及可控的量子克隆；（3）多色多组份纠缠态在传输和与节点发生相互作用过程中的消相干问题。
3. 量子纠缠纯化和量子接口：需解决以下关键问题：（1）制备非高斯混合纠缠态光场；（2）获得高光学厚度、极低温度的冷原子系综；（3）减小原子退相干效应对量子存储的影响；（4）设计可行的探测系统, 消除杂散光的影响，完成光场量子态信号的探测。
4. 单量子比特（光子或分子）的产生与探测及其在量子信息处理上的应用：需解决以下关键问题：(1) 利用低温超导技术实现微波段光场量子态的制备和表征;(2)实现光通信波段(即波长为1.3μm,1.5μm)和原子吸收线(即波长为780nm,850nm)的快响应时间、高量子效率和低暗计数率的超导单光子测量。
主要研究内容：（１）研制具有实用价值的纠缠态光源。
（2）基于多色多组份纠缠态光场的量子信息网络。
（3）实现连续变量纠缠纯化，通过光与原子介质（冷原子或EIT 介质）相互作用实现量子接口。
（4）超导量子电子学在连续变量量子信息处理中应用的研究。
具体内容包括：1、研制具有实用价值的纠缠态光源：（1）利用全固态激光技术及频率变换技术研制稳定运转的1.3μm及1.5μm 高功率连续单频激光光源；（2）利用自制的高功率全固态连续单频绿光激光器泵浦掺钛蓝宝石激光晶体，研制输出波长在780nm和850nm附近可连续调谐的窄线宽钛宝石激光器；（3）研究上述连续单频激光光源的频率、空间模式和噪声特性，实验探索在改善激光器的运转特性的基础上把泵浦激光的位相噪声降低至散粒噪声极限；（4）利用上述高质量激光作为泵浦源、通过准相位匹配晶体倍频和光学参量过程获得波长为1.3μm、1.5μm、780nm及850nm的连续变量量子纠缠态光源；（5）系统研究光学参量振荡腔内的各种损耗、光束之间相对相位的波动及注入信号光和泵浦光功率对压缩态光场压缩度和纠缠态光场纠缠度的影响，在实验上优化实验参数、讨论技术细节并解决可能存在的问题以提高纠缠态光场的纠缠度；（6）研制高功率全固态连续单频526nm激光器,利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器产生光通信(1.5μm)和原子吸收波段(795nm)的“双色”连续变量纠缠态；（7）优化谐振腔结构和实验光路，研究实验装置整体化设计的过程中可能存在的技术问题，实现实验系统的整体化；（8）利用不同的光纤，通过不同的位相匹配方式，研制出1.5μm、800nm和1.3μm等波段的量子关联光子对；（10）（9）利用光纤中的Kerr非线性效应产生1.5μm波段的压缩光场和纠缠光场；研究光纤中的各种非线性效应，以及产生和影响纠缠保真度和光场压缩度的物理机制，完善1.5μm波段的纠缠光源，实现系统的全光纤化，研制出易于操作的全光纤纠缠光源样机。
2．基于多色多组份纠缠态光场的量子信息网络：(1)拟采用全光纤单频激光系统或全固态激光器作为光学参量过程泵浦光源，采用光学滤波、反馈技术降低激光器输出噪声，获得散粒噪声极限的泵浦激光源；（2）研究光学级联非线性过程中的量子关联问题，实验产生连续变量双色三组份纠缠光源；（3）利用多色多组份纠缠光源开展量子克隆、量子离物传态实验研究，为实现量子网络通信奠定基础。
（4）探索多色多组份量子纠缠态与原子系统作用过程中纠缠的建立与测量。
（5）理论上研究基于多能级原子与量子腔场相互作用的多波混频过程产生多色纠缠光场的方案，通过原子相干性，实现不同频率光场间纠缠的转移及转换效率和纠缠的增强；（6）理论研究在光纤连接的多腔系统中原子纠缠态的产生，原子与光场之间纠缠的转换和量子态的传输，以及基于多腔原子系统的量子网络。
3．实现连续变量纠缠纯化及光与原子量子接口：（1）进行量子纠缠纯化的实验和理论研究。
在分析目前已有连续变量纠缠纯化方案的基础上, 结合目前我们的实验条件, 提出新的易于实际应用的纠缠态光场纯化新方案。
通过加减光子或者加入随机位相起伏等方法获得非高斯混合纠缠态光场，在此基础上完成连续变量的纠缠态光场纯化，尽力减弱长程量子通信中传输带来的退相干效应。
（2）研究冷原子团物理参数（温度和光学厚度）与原子记忆寿命和恢复效率的关系。
冷原子温度和光学厚度对原子记忆具有重要的影响，将通过控制MOT运转条件（冷却光强度、截面大小以及磁场屏蔽效果）改变冷原子物理参数，在不同条件下观察原子记忆寿命和恢复效率，探寻合适的冷原子条件，实现寿命长和恢复效率高的原子记忆。
（3）进行光场正交分量存储与释放的研究。
通过光泵浦将原子制备在“钟”跃迁量子态上，通过EIT 效应将探针光场的正交分量存储在原子自旋极化上，研究原子自旋极化退相干对光场正交分量存储保真度和恢复效率的影响, 探索合适的物理条件提高光场量子态存储保真度和恢复效率。
（4）开展不同偏振方向光场正交分量量子存储的研究。
首先利用四能级原子系统中的双-EIT透明窗口获得双通道存储与释放，演示出双通道原子记忆信号间的干涉。
在此基础上将不同偏振方向光场存储在相应的原子自旋极化通道上，观察原子自旋极化通道对光场正交分量存储的影响。
使用任意偏振方向的光场进行量子存储, 实验中进一步提高光场量子态存储的保真度和恢复效率。
（5）单光子偏振态的制备。
研究光场与单分子的相互作用，进行光学操控与跟踪单分子，基于分子荧光实现单光子偏振态的制备与操控。
4. 超导量子电子学在连续变量量子信息处理中应用的研究：（1）利用可控的超导人工原子作为介质，研究在电路量子电动力学(类比于原子腔量子电动力学)系统中实现微波段非经典量子光场及微波段多模纠缠态光场的制备；并探索通过测量超导人工原子量子特性来表征这些微波段光场量子态的方法。
（2）探索利用低温超导技术实现波长为780nm，850nm, 1.3μm，1.5μm的单光子探测。
寻求利用低温超导技术实现更快响应时间、更高量子效率和更小暗计数率的单光子探测新方案。
在超导薄膜和超导约瑟夫森结的实验制备和电子学测量方面开展实质性的研究。
二、预期目标总体目标：为使我国量子信息科学基础研究及相关技术居于国际前沿，同时结合重大科学研究计划“量子调控”专项中“基于光场量子态的量子信息研究”(2009)的指南内容, 我们确定了如下总体目标：研制稳定优质的纠缠态光源；实现连续变量纠缠纯化，利用量子光学、原子物理及固态技术等实现光与原子量子界面（接口）；建立具有两个节点的量子中继，开展量子通信网络的基础研究。
同时探索利用超导量子电子学进行连续变量量子信息处理的新方法。
五年预期目标：1. 研制得到稳定的1.3μm 及1.5μm 高功率全固态连续单频激光光源、窄线宽连续可调谐钛宝石激光器；利用准相位匹配晶体通过倍频和参量下转换过程，获得连续变量量子纠缠态光源，非经典光场的压缩度达10dB、纠缠度达7dB，在1.5μm 光通信波段上连续变量量子纠缠态光源的纠缠度大于5dB，完成纠缠度大于2 dB 连续变量量子纠缠态光源样机。
2. 研制出波长为1.5μm 的全光纤纠缠光源样机，纠缠光源带宽覆盖光通信C 波段，纠缠光子对大于106对/纳米/秒/毫瓦；产生波长为800nm 和1.3μm 波段的双色高纯度纠缠光子对，纠缠光子保真度大于0.99；产生基于光纤Kerr 效应的1.5μm 波段压缩态光场和纠缠态光场，压缩度大于7dB，纠缠度大于4dB。
3. 采用光学滤波、反馈技术将单频光纤激光器输出激光的噪声降低到散粒噪声极限；利用非临界相位匹配非线性参量过程实验实现连续变量双色三组份纠缠光源。
4. 利用双色三组份纠缠光源开展量子态传输研究，实现保真度大于50% 的量子离物传态与1到2的量子克隆，为实现量子网络通信奠定基础。
5. 利用产生的连续变量纠缠态光场, 实现非高斯态的制备, 并在此基础上完成连续变量量子纠缠纯化。
6. 在冷原子EIT 系统中, 获得显著的光减速（8000-10000m/s）；完成长寿命(0.5-1ms)原子记忆；实现保真度大于60%、恢复效率达2%-4% 的光场正交分量存储。
7. 利用低温工作的染料单分子作为工作介质，分子荧光光子的收集效率达到10%，信号光与背景光计数之比达到20。
实现基于单光子偏振态的量子信息的编码与传输。
8. 利用低温超导技术实现响应时间快(10-6s)、量子效率高(80%)和暗计数率小(0.02c/s)的单光子探测。
9. 发表高水平论文40 篇以上，获得国家发明专利10-15 个，培养博士生40 名以上。
10. 综合以上研究工作基础, 利用所研制的稳定纠缠光源, 进行连续变量纠缠纯化，通过光与原子量子接口, 建立具有两个节点的量子中继，开展量子通信网络的基础研究。
三、研究方案总体研究方案（一）学术思路、技术途径本项目总体研究方案是利用自制优质纠缠光源, 采用纠缠纯化手段, 进行有效光与原子之间量子态存储和转换, 最终建立两个节点的连续变量中继装置, 开展量子通讯网络研究。
1、具有实用价值的纠缠态光源的研制（1）1.3μm及1.5μm高功率低噪声全固态连续单频激光光源的研制。
方案一，利用全固态连续单频Nd:YVO4激光器输出的低噪声1.064μm激光作为泵浦源，泵浦准位相匹配晶体的光学参量振荡器，获得1.5μm高功率低噪声连续单频激光光源；方案二，激光二极管泵浦合适的激光增益介质，如Er:Yb:YAB晶体，直接获得1.5μm高功率连续单频激光光源；方案三，激光二极管泵浦Nd:YVO4激光晶体，直接获得1.3μm高功率连续单频激光光源。