QES-1 - система для обучения квантовой запутанности
- Два модуля: экспериментальный модуль и модуль подсчёта числа фотонов и совпадений.
- Подготовка двухфотонных состояний в ходе процесса спонтанного параметрического рассеяния (СПР).
- Изучение нарушения неравенства Белла.
- Детектирование одиночных фотонов.
Понятие квантовой запутанности занимает важное место в области исследований квантовой физики, а также является основой квантовых вычислений. Система QES-1 для обучения квантовой запутанности представляет собой обучающую установку, в которой реализуется подготовка двухфотонных квантово-запутанных по поляризации состояний. В качестве результата эксперимента можно доказать нарушение неравенства Белла с помощью модуля подсчета числа фотонов и совпадений.
Система использует эффект спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в нелинейном кристалле BBO (бората бария) для подготовки двухфотонного поляризационно-запутанного состояния. С помощью этой системы вы сможете изучить основные принципы квантовой запутанности, методы подготовки и измерения запутанных состояний, а также основы построения эксперимента для изучения нарушения неравенства Белла. Эксперимент включает в себя детектирование запутанных фотонов и подсчёт числа совпадений, а также проектирование и юстировку сложного оптического пути.
Особенности:
- Компактные размеры.
- Высокая работоспособность и расширяемость.
- Не требует полной темноты.
- Кристалл BBO с эффектом водоотталкивания.
Схема экспериментальной установки:

1 – Лазер на длину волны 405 нм.
2, 4, 7, 9, 13, 15 – Плоские зеркала, используемые для изменения направления распространения света. 2 и 4 покрыты пленкой с высокой отражающей способностью для 405 нм, а 7, 9, 13, 15 покрыты пленкой с высокой отражающей способностью для 810 нм.
3 – Плосковыпуклая линза с фокусным расстоянием 250 мм, которая используется для фокусировки светового пучка на кристалл BBO, повышая эффективности генерации пар фотонов.
6 – Полуволновая пластина.
5, 8, 14 – Кристаллы BBO, где 5 – Основной кристалл BBO, используется для генерации коррелированных пар фотонов в процессе спонтанного параметрического рассеяния.
10 и 16 – Поляризаторы.
11 и 17 – Узкополосные светофильтры (810 нм).
12 и 18 – Волоконные коллиматоры.
Параметр | Значение | Ед.измерения |
---|---|---|
Длина волны накачки | 405 ± 1 | нм |
Мощность источника излучения | ≥ 50 | мВт |
Длина волны генерации | 810 | нм |
Яркость одиночного фотона | 5 × 104 | Гц |
Число совпадений | > 1200 | имп/с |
Темновые отсчеты детектора | < 500 | имп/с |
Эффективность детектирования | ≥ 65 (для 810 нм) | % |
H, V контрастность | ≥ 15:1 | - |
+, - контрастность | > 7:1 | - |
Значение неравенства Белла | > 2,4 | - |
Возможности ПО | Подсчет интервалов, сбор данных, подсчет числа совпадений, сохранение данных и др. | - |
Система помогает студентам понять основные концепции квантовой оптики и нелинейной оптики, а также развивает их практические экспериментальные навыки.
- Изучение нарушения неравенства Белла.
- Эксперимент по приготовлению квантово-запутанных состояний.
- Детектирование одиночных фотонов.