量子技術(shù)，曾經(jīng)似乎是僅存在于科幻小說中的天方夜譚衡瓶，但如今逐漸深入到我們的日常中改善我們的生活徘公。而在前端的科研領(lǐng)域，如量子通信和量子計算機(jī)哮针，量子技術(shù)同樣令人興奮关面，影響也將越來越顯著坦袍，而非線性光學(xué)晶體（NLO）將在該技術(shù)的商業(yè)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
*本文來源于英國Covesion公司的白皮書《Non-linear Optical Crystals Used for Quantum Technology》缭裆。
https://covesion.com/knowledge-hub/white-paper-non-linear-optical-crystals-used-for-quantum-technology/
ppln晶體在量子技術(shù)商業(yè)化過程中的關(guān)鍵作用（一）
量子技術(shù)主要這三個領(lǐng)域內(nèi)多種應(yīng)用中發(fā)揮作用：
傳感與計時：利用量子系統(tǒng)對環(huán)境影響極度敏感的特性键闺，可以更精確地測量物理特性。
通信：試圖觀察量子通信通道將導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)不可逆地改變澈驼，這種改變是可被交換信息的各方檢測到的辛燥。量子網(wǎng)絡(luò)允許在遠(yuǎn)距離用戶之間分發(fā)糾纏光子作為‘密鑰’，從而確保數(shù)據(jù)沒有被截取缝其。
計算機(jī)處理：利用疊加和糾纏原理挎塌，理論上可以顯著提高經(jīng)典計算器處理某些問題的速度。量子計算有望徹底改變目前的計算方式内边，尤其是針對大數(shù)據(jù)和復(fù)雜計算的情況下榴都。
圖1：量子計算原型機(jī)“九章三號”實驗裝置示意圖（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）來源新華社
如今在量子技術(shù)蓬勃發(fā)展之際，對各類設(shè)備的供應(yīng)商的要求也水漲船高漠其，而光子學(xué)將是供應(yīng)鏈的核心嘴高，無論是產(chǎn)生糾纏光子對，冷原子還是產(chǎn)生穩(wěn)定的量子態(tài)和屎，而 NLO 晶體和元件都將是關(guān)鍵的推動因素拴驮。而在 NLO 晶體中，摻雜氧化鎂的鈮酸鋰（MgO:LN）擁有完善的晶體供應(yīng)鏈柴信，因為該材料同樣在其他元件中被廣泛應(yīng)用套啤，價格也相對低廉。氧化鎂的摻雜也讓晶體的抗光損傷能力提高顯著随常，并且可通過周期性極化來提高頻率轉(zhuǎn)換效率潜沦，被稱為 PPLN 晶體。在商用非線性晶體材料中绪氛，PPLN 具有非常高的非線性系數(shù)唆鸡，因此具有很高的轉(zhuǎn)換效率。對于可調(diào)節(jié)波長而言枣察，MgO:PPLN 晶體的透光范圍為 400-5000nm喇闸，在不同的周期設(shè)計以及溫度調(diào)節(jié)下，可以靈活實現(xiàn)CW和脈沖源不同波長的高效轉(zhuǎn)換询件。
NLO 晶體在量子應(yīng)用中的應(yīng)用示例
原子冷卻和捕獲：激光冷卻和捕獲是將原子降低到接近絕對零度，并在阱中限制和支撐這些原子的技術(shù)唆樊。處于基態(tài)的原子可以存儲量子信息宛琅，而高度激發(fā)的里德堡原子之間的長程相互作用對于量子計算中許多量子信息協(xié)議的成功運行至關(guān)重要。
原子干涉檢測提供高精度和可擴(kuò)展技術(shù)能夠更敏感地檢測諸如更小的尺寸和更大深度等特征逗旁。許多原子光學(xué)應(yīng)用傾向于使用高激光功率嘿辟，同時保持窄線寬和高空間光束質(zhì)量舆瘪。例如，在利用冷原子干涉測量中红伦，從1560nm源生成780nm（SHG）用于銣原子的磁光捕獲（MOT）英古，如重力測量和原子鐘。
在這些應(yīng)用中昙读，現(xiàn)成商用（COTS）激光器在1560nm波長上可以高效地頻率倍增到780nm召调，在波導(dǎo)解決方案中已經(jīng)展示了高達(dá)70%的的轉(zhuǎn)換效率。將現(xiàn)成的泵浦
圖2：六個方向的激光用來冷卻原子（圖片來源：圖片來源：https://www.newelectronics.co.uk/）
量子密鑰分發(fā)（QKD）:量子密鑰用于數(shù)據(jù)的安全傳輸蛮浑。它使兩個參與者能夠生成一個只有他們知道的共享隨機(jī)密鑰唠叛，然后可以用來加密和解密消息。雙向轉(zhuǎn)換422nm <-> 1550nm（SFG/DFG）促進(jìn)了QKD沮稚。這一應(yīng)用需要在短波長（用于捕獲離子量子比特的原子躍遷）和通信C波段（光纖傳輸?shù)蛽p耗）之間高效轉(zhuǎn)換艺沼。使用特別設(shè)計的周期性極化鈮酸鋰（PPLN）晶體已經(jīng)證明了在單光子水平上422nm（鍶離子發(fā)射）和1550nm之間的上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換。這為構(gòu)建大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)提供了一個關(guān)鍵組件蕴掏。
促進(jìn)量子密鑰分發(fā)(QKD)的量子網(wǎng)絡(luò)障般。這種應(yīng)用需要在用于捕獲離子量子位的短波長原子躍遷和用于低損耗光纖傳輸?shù)碾娦與波段之間進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換。使用特殊設(shè)計的PPLN晶體盛杰，在422nm (Sr+發(fā)射)和1550nm之間的單光子水平上實現(xiàn)了上下
圖 3：點對點QKD鏈接架構(gòu)(來源electronicsforu.com)
英國Covesion有限公司是一家擁有超過20年經(jīng)驗的公司挽荡，專注于高效非線性頻率轉(zhuǎn)換的MgO:PPLN（鎂摻雜周期極化鈮酸鋰）晶體和波導(dǎo)的研究、開發(fā)和制造饶唤。他們提供廣泛的產(chǎn)品徐伐，包括PPLN塊體晶體、PPLN波導(dǎo)以及PPLN配件募狂。此外办素，他們還提供定制PPLN服務(wù)，利用其極化技術(shù)為獨特的PPLN晶體設(shè)計和制造提供廣泛的技術(shù)支持祸穷，包括整個周期結(jié)構(gòu)設(shè)計性穿、掩膜設(shè)計、晶體極化雷滚、切塊需曾、拋光和鍍膜增透，以滿足特定波長轉(zhuǎn)換需求祈远。
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