面向超快量子信息处理的皮秒尺度光学量子纠缠实时观测

量子纠缠是各种光学量子信息处理（QIP）应用的基本资源。为实现高速QIP系统，纠缠必须编码在短脉冲中。我们报告在连续波（CW）系统中实现了皮秒尺度的超快光学爱因斯坦-波多拉斯-罗恩（EPR）相关实时观测。采用具有6 GHz带宽的波导光学参量放大器进行相位敏感放大，显著提升了70 GHz带宽同频探测器的有效效率——该探测器广泛用于第五代通信技术，从而实现了实时量子态测量。虽然传统光谱分析仪通过频率扫描无法实现实时功率测量，但本研究通过实时幅度测量实现了观测，可直接应用于QIP应用。观测到的EPR态在40 ps周期的脉冲中表现出4.5 dB的量子相关性（低于平噪声水平），相当于25 GHz的重复频率——比现有CW系统下的纠缠观测快出约10^3倍。4.5 dB的量子相关性已足够支持若干QIP应用，且该系统可轻松扩展至大规模纠缠。此方案与波分复用等光通信技术高度兼容，亦可实现皮秒尺度的观测。我们的工作标志着从纳秒尺度跨越至皮秒尺度，加速实现量子应用基础资源——量子相关性的观测，开启了超快光学QIP的新范式。