量子纠缠光源性能表征和测试方法
范围： 本文件规范了量子纠缠光源性能表征和测试方法，适用于量子纠缠光源的研发、应用和测试验证等工作。
规范性引用文件： GB/T43737-2024《量子测量术语》。
术语和定义： 采用GB/T43737-2024界定的术语和定义。
缩略语： 定义了BS、CAR、DWDM、HBT、HOM、HWP、NV、P、PC、PD、PM、SFWM、SNW、SPD、SPDC、TDC、UMZI、VOA、VODL等缩略语。
量子纠缠光源的分类：
- SPDC纠缠光源： 利用二阶非线性效应制备纠缠源，根据偏振方向分为type-0、type-I、type-II型SPDC过程。
- SFWM纠缠光源： 基于三阶非线性光学材料利用自发四波混频过程制备纠缠源，满足能量守恒和动量守恒条件。
- 量子点纠缠光源： 基于半导体材料的量子点或NV色心等，通过双光子激发过程发射纠缠光子对，具备高精度、高纠缠度等特点。
量子纠缠光源的性能表征：
- 符合计数率、偶然符合计数率和符合-偶然符合计数比（CAR）： 评估关联光子对性能的有效手段，CAR定义为有效符合与随机符合的比值。
- 单光子产生率： 单位泵浦功率下每个通道单位时间内产生的光子数，与系统参数关系式如公式（2）所示。
- 宣布式单光子源的宣布效率： 当给出宣布电信号时存在光子输出的几率，理想值为1，计算公式如公式（3）所示。
- 单光子纯度： 表示给出宣布电信号时输出多光子事件的概率，理想值为0，计算公式如公式（4）所示。
- 单光子模式纯度： 由二阶自相关函数衡量，可通过HBT实验测量，理想值为1，计算公式如公式（6）所示。
- 光子全同性（HOM干涉可见度）： 表征光子全同性的指标，计算公式如公式（7）所示。
- 不同自由度量子纠缠的性能表征：
- 能量-时间纠缠： 利用Franson非局域干涉实验表征，符合测量出现三峰结果，干涉条纹可见度与相位关系如公式（8）所示。
- 频率片纠缠： 通过空间拍效应测试反群聚路径纠缠双光子态的频率纠缠特性，符合计数满足公式（9）。
- 时间片纠缠： 通过双脉冲激光泵浦非线性介质产生，利用UMZI实现投影测量，三重符合计数可表示为公式（10）。
- 偏振纠缠： 利用非正交偏振基下的非经典干涉检验，干涉条纹可见度计算公式如公式（11）所示。
- 高维纠缠和超纠缠： 粒子存在于两种以上的状态，可用于增强型量子信息应用。
测试方法：
- 符合计数率、偶然符合计数率和符合-偶然符合计数比： 搭建测试系统，测量符合计数率和偶然符合计数率，计算CAR。
- 单光子产生率： 测量滤波和传输效率、探测器探测效率、符合计数率，计算单光子产生率。
- 宣布式单光子源的宣布效率： 搭建测试系统，测量探测器探测效率、分束器插入损耗、单光子计数率、符合计数率，计算宣布效率。
- 单光子纯度： 搭建测试系统，测量单光子计数率、符合计数率，计算单光子二阶相关函数。
- 单光子模式纯度： 搭建测试系统，测量单光子计数率、二重符合计数值，计算光场的二阶自相关函数。
- 光子全同性（HOM干涉可见度）： 搭建测试系统，测量不同时间差下的符合计数，计算HOM干涉可见度。
- 纠缠参数： 通过搭建不同测试系统，利用Franson干涉实验、空间拍效应、UMZI、偏振控制器等，测量符合计数率、干涉条纹可见度等，表征不同自由度量子纠缠的性能。
