《量子电子学报》 2020年第六期封面文章：

WANG Gang, REN Changliang. Research on light source in new quantum radar [J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2020, 37(6): 659-668.

随着量子技术的发展，物理学家提出了基于量子度量下的量子雷达方案，为进一步探索增强目标探测能力提供了更广阔的前景。然而，以往的量子雷达方案，包括量子照明方案等，都只是在测距方面能够体现量子增强的优势，而不能够在目标定位的精度方面体现量子度量优势。

近期科研人员提出了一种新的量子雷达方案，它可以不需要目标合作的情形下更精确的测量物体的距离及其位置，从而实现3维量子增强的目标定位。该方案利用频率和横向动量正相关的最大纠缠态, 在该方案中当光子照射到物体上时,若要提高测量精度,如距离,那就需要所有光子返回的时间之和具有很小的不确定度，即时间自由度是反相关的,对应于其共轭频率自由度需要所有的光子频率是相等的,即频率正相关。若需要提高对位置测量的精度，就需要位置具有很小的不确定度，即位置反相关，对应所需横向动量正相关。当利用N个处于纠缠态的光子的所有空间自由度来实现定位的不确定性，对于每个空间方向，其不确定性比N个独立光子或相同平均强度的经典光所能实现的不确定性小倍。

新型量子雷达方案中的光源在频率和动量上都是正相关的，在此基础上讨论制备频率和动量都正相关的纠缠光子源。通过宽频脉冲光抽运，选择适当的非线性晶体可以得到频率正相关的纠缠双光子态；通过强聚焦抽运光也可以实现横向动量正相关的纠缠双光子态。在此基础上运用强聚焦宽频脉冲光抽运适当长度的非线性晶体，在频率简并利用准相位匹配技术的情况下，获得频率和横向动量都正相关的双光子纠缠态，可以作为新型量子雷达的光源，更加精确的获取目标信息。数值模拟结果表明，利用强聚焦下的脉冲抽运光，通过自发参量下转换过程，可以制备频率和动量都正相关的纠缠光子源。

图1.纠缠光子源关于频率的图像

图2.纠缠光子源关于动量的图像

课题组介绍：

任昌亮课题组量子测量和量子关联及其应用的相关研究，主要研究内容包括：量子测量极限及方案的设计，弱测量理论的实验方案以及其在量子信息中的应用，多粒子体系密度矩阵的表征测量，单光子及纠缠态量子测量方案等，在相关领域发表论文40 多篇，发明专利授权一项，包括物理学主流权威期刊论文35 篇，第一作者或通讯作者30 余篇，其中在Physical Review Letters、Photonics research、Physical Review Applied、Physical Review A、Applied physics letters 等高水平物理杂志发表20 多篇。