背景
在量子技術(shù)中，壓縮態(tài)（squeezed state）作為一種關(guān)鍵的連續(xù)變量量子態(tài)，已成為突破經(jīng)典物理極限、提升系統(tǒng)性能的重要資源。如在量子精密測量中用于引力波探測，在量子通信中作為連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)（CV-QKD）的核心資源，在量子計(jì)算中，壓縮態(tài)則是實(shí)現(xiàn)高斯玻色采樣（GBS）的關(guān)鍵資源態(tài)。

光學(xué)參量振蕩（OPO）和放大（OPA）常用于產(chǎn)生壓縮態(tài)，這通常是由非線性晶體實(shí)現(xiàn)的，如周期極化鈮酸鋰PPLN和周期極化磷酸氧鈦鉀PPKTP。周期極化晶體可以利用更長的相互作用長度和更大非線性系數(shù)。山西大學(xué)張寬收教授課題組分別使用PPLN和PPKTP晶體，通過Type-I的簡并光學(xué)參量放大（DOPA）產(chǎn)生了1550 nm波段的明亮相位壓縮態(tài)。1550nm波長在標(biāo)準(zhǔn)通信光纖中具有最低傳輸損耗的，使得產(chǎn)生的壓縮態(tài)可以與現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)光路

文章中通過下圖中DOPA結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生壓縮態(tài)，在腔內(nèi)放置了一塊Type-I 型準(zhǔn)相位匹配的周期性極化晶體，并注入泵浦光（2ω 775nm）以及信號光（ω 1550nm）。1550nm的光在DOPA 腔內(nèi)共振，而775nm的光則來回通過晶體。

在利用周期極化非線性晶體從DOPA生產(chǎn)壓縮態(tài)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員采用的是對1550nm的CW激光器進(jìn)行分光，一路經(jīng)過外部增強(qiáng)PPLN倍頻腔，由SHG產(chǎn)生775nm，作為后續(xù)DOPA的泵浦光。而另一路則作為DOPA的輸入信號光以及檢測系統(tǒng)的本振光。值得一提的是光路中的MC（mode cleaner），使用電光調(diào)制器（EOM）通過PDH穩(wěn)頻技術(shù)鎖定MC1的腔體，從而對激光的空間模式和額外強(qiáng)度噪聲進(jìn)行初步過濾。

PPLN&PPKTP性能對比

• PPLN

優(yōu)勢

PPLN晶體具有更大的有效非線性系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更高效的波長轉(zhuǎn)換。本文中實(shí)驗(yàn)測得，PPLN在單通SHG時(shí)效率是PPKTP的2.6倍。正因?yàn)槿绱�，PPLN作為OPO時(shí)具有更低的振蕩閾值，以相對較少的泵浦就能跨越DOPO臨界點(diǎn)，產(chǎn)生振蕩。

劣勢

為了避免光折變效應(yīng)和光學(xué)損傷，PPLN的相位匹配溫度相對更高，本實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了135.2℃。高工作溫度使得PPLN內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)的導(dǎo)波聲波布里淵散射 (guided acoustic-wave Brillouin scattering, GAWBS)，帶來額外的相位噪聲，并顯著降低壓縮度。

• PPKTP

優(yōu)勢

在產(chǎn)生壓縮態(tài)的過程中，PPKTP zui大的優(yōu)勢在于相位匹配的溫度較低，本實(shí)驗(yàn)中僅需要接近室溫的34.5℃即可維持穩(wěn)定的相位匹配。可以抑制GAWBS相位噪聲，達(dá)到更高的壓縮度。

劣勢

PPKTP的非線性系數(shù)相對較低，當(dāng)需要較高的轉(zhuǎn)換效率時(shí)，可以采用更高的泵浦功率或者搭腔來補(bǔ)償。

小結(jié)

星朗浩宇提供多種可產(chǎn)生壓縮態(tài)的晶體選擇，來自英國Covesion的PPLN和PPKTP晶體系列產(chǎn)品為您帶來出色的非線性體驗(yàn)，涵蓋塊體晶體和波導(dǎo)封裝模塊。

追求高效率和低閾值：為您推薦Covesion PPLN系列產(chǎn)品

追求高壓縮和低噪聲：為您推薦Covesion PPKTP系列產(chǎn)品

DOPA/DOPO閾值

在山西大學(xué)這篇文章中，關(guān)注的是振蕩閾值下DOPA的情況，而對于壓縮態(tài)的產(chǎn)生而言，振蕩閾值以上，變?yōu)镈OPO的情況也具有相當(dāng)?shù)囊饬x，例如在量子計(jì)算中大火的相干伊辛機(jī)（CIM）可以基于DOPO網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)人工自旋。當(dāng)位于振蕩閾值以下，處于壓縮真空態(tài)，而閾值以上則會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)于相位0和π的壓縮相干態(tài)。

在CIM里程碑式的論文《Coherent Ising machines—optical neural networks operating at the quantum limit》中提到，DOPO的閾值決定了CIM工作的三個(gè)階段，當(dāng)位于閾值之下，實(shí)現(xiàn)了量子并行搜索；當(dāng)位于閾值時(shí)，發(fā)生了集體對稱性破缺；而在閾值以上時(shí)，系統(tǒng)不僅僅是量子態(tài)的疊加，而是表現(xiàn)出經(jīng)典的振蕩相位，成為量子-經(jīng)典交叉。文中采用 PPLN 光纖耦合波導(dǎo)作為 DOPO 的非線性晶體，用于實(shí)現(xiàn)參量放大與壓縮過程。

產(chǎn)品推薦

除了實(shí)現(xiàn)350-6000nm波長轉(zhuǎn)換解決方案，Covesion還為您提供為壓縮態(tài)生成量身定制的產(chǎn)品。

告別損耗焦慮：Covesion RPE波導(dǎo)模塊助您開啟高性能壓縮態(tài)產(chǎn)生

為了追求更高的壓縮度，光路中每一分 dB 的損耗都至關(guān)重要。Covesion 專為 SPDC 設(shè)計(jì)的 RPE PPLN 一進(jìn)一出波導(dǎo)模塊，為您提供低損耗解決方案。

· 低損耗設(shè)計(jì)：通過優(yōu)化PRE的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，專為低耦合損耗和傳輸損耗設(shè)計(jì)，確保了生成的壓縮態(tài)特性和高保真輸出。

· 高效壓縮性能：由100mW 775nm的泵浦光可產(chǎn)生3dB壓縮

· 緊湊一體化結(jié)構(gòu)：采用單次透過配置，使用簡單，并配備相應(yīng)波長的保偏輸入輸出光纖，結(jié)合光纖耦合封裝，確保了長期工作穩(wěn)定性。

英國Covesion有限公司是一家擁有超過20年經(jīng)驗(yàn)的公司，提供350nm~6000nm全波段波長轉(zhuǎn)換產(chǎn)品解決方案，專注于高效MgO:PPLN / PPKTP 晶體與波導(dǎo)的研究、開發(fā)和制造。此外，Covesion還提供定制晶體服務(wù)，包括整個(gè)周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、掩膜設(shè)計(jì)、晶體極化、切塊、拋光和鍍膜增透，以滿足特定波長轉(zhuǎn)換需求。

星朗浩宇作為英國Covesion在中國地區(qū)的獨(dú)代,負(fù)責(zé)其所有產(chǎn)品在國內(nèi)的銷售、服務(wù)，以及售后技術(shù)支持等。

參考文獻(xiàn)

1. Wan, Zhenju, et al. "Comparison of phase quadrature squeezed states generated from degenerate optical parametric amplifiers using PPKTP and PPLN." Optics express 26.5 (2018): 5531-5540.

2. Jin, Jing-Yi-Ran, Shuang-Quan Ma, and Qing Ai. "Quantum Phase transitions in Coherent Ising Machines: XY Model for Demonstration." arXiv preprint arXiv:2512.23248 (2025).

3.Yamamoto, Yoshihisa, et al. "Coherent Ising machines—optical neural networks operating at the quantum limit." npj Quantum Information 3.1 (2017): 49.