我院郭光灿院士团队史保森、周志远课题组首次实现基于非相干光泵浦的全同光子源制备　 [2026-05-08]

我院郭光灿院士团队在量子光源的制备与研究方面取得重要进展：该团队史保森教授、周志远副教授课题组展示了利用非相干光高效制备近乎完美的全同双光子态的方法，为开发稳定、低成本且易于扩展的量子光源开辟了新的道路。相关成果于2026年5月6日在线发表在《Advanced Photonics》上。

作为量子通信、量子精密测量等应用的核心资源，量子态的质量直接决定了系统的整体性能。其中，光子的全同性是一项至关重要的指标，而双光子Hong-Ou-Mandel (HOM) 干涉的可见度则是衡量该指标的核心参数。传统上，学术界普遍认为具有高相干性的激光器是制备高品质量子光源不可或缺的泵浦源。然而，相干激光器对相位和模式的稳定性有着极高的要求，这大大增加了系统的复杂性，也制约了其在实际应用中的可扩展性。

图1 . 不同扰动下泵浦与倍频光谱的分布

在本工作中，课题组创新性地提出并验证了使用放大自发辐射（ASE）非相干光作为泵浦源，通过倍频（SHG）与自发参量下转换（SPDC）级联过程制备高品质双光子态的方案。理论分析表明，泵浦光的时域非相干性不仅不会破坏光子的量子特性，反而能带来独特的优势：首先，泵浦光的随机相位分布在二阶强度相关性计算中会被完全消除，因此HOM 干涉对泵浦光的时域非相干性具有天然的“免疫力”；其次，在倍频过程中，时域非相干性将传统的电场振幅卷积转化为了强度自卷积。这种特性能够有效平滑光谱的不规则性，极大地增强了生成光谱的对称性，并提升了系统抵抗光谱扰动的能力。

图2. 非相干光泵浦制备全同双光子态的实验装置图

 在实验中，课题组利用该非相干泵浦方案制备的光子源，展示出了极高的质量：光子的预报效率（Heralding efficiency）达到约60%，符合与偶然符合比（CAR）超过了15000。更重要的是，在未添加任何窄带光谱滤波器的条件下，测得的双光子HOM 干涉可见度高达99.1%，充分证实了所生成的光子具有近乎完美的不可分辨性。

图3. 量子光源性质表征

这项工作打破了制备高品质量子源必须依赖高相干泵浦光的传统认知，揭示了时域相干性在二阶非线性相互作用中的物理机制。从工程应用的角度来看，采用成本低廉、极易获取的非相干光源，不仅消除了对昂贵窄线宽激光器及复杂锁定稳定系统的依赖，而且其对环境干扰固有的鲁棒性，大大放宽了量子态制备的技术门槛，为推动量子光子系统的简化与规模化应用提供了极具潜力的途径。中国科学技术大学物理学院博士生宋悦玮为论文第一作者，中国科学技术大学史保森教授、周志远副教授为论文的共同通讯作者。这项工作得到国家自然科学基金委、中科院、科技部和中科大“双一流建设”经费的支持。

文章链接：http://doi.org/10.1117/1.AP.8.3.036016