全球光纤网络的发展不仅增强了传统互联网连接的带宽，也为构建全球量子互联网奠定了基础。量子互联网将极大地提升诸如量子计算、量子密钥分发加密通信及原子钟同步等技术的能力。然而，现有1550纳米的标准光纤通信波长与许多量子比特（量子位）所处的可见光或近红外波段不匹配，成为实现量子信息长距离传输的一大挑战。
为此，科研人员正努力借助量子频率转换技术解决这个问题，该技术可以在改变光子频率的同时，保持其量子特性不变，从而使量子态能以低损耗的方式在1550纳米的电信波段内长距离传输。
在德国联邦教育和研究部（BMBF）资助的“HiFi”项目中，研究人员致力于研发高效率、低噪声的量子频率转换器（QFC），以满足未来量子互联网的需求。弗劳恩霍夫应用固体物理研究所IAF成功开发出了基于锑化镓(GaSb)的垂直外腔表面发射激光器（VECSEL），为该项目提供了重要的技术支持。这种激光器具备窄带宽、高功率输出（可达2.4W）和极高的波长稳定性（绝对值波长稳定性低于2fm，对应频率稳定性低于100kHz）。
目前，研究人员将VECSEL激光器锁定至频率梳，并进一步耦合到10MHz参考源，实现了超高的频率稳定性和精确的波长设定。实验中，弗劳恩霍夫IAF将激光模块调至目标波长，并在萨尔大学的光纤链路上进行了演示实验。
在量子频率转换过程中，信号光子通过非线性光学晶体中的差频过程减去泵浦光子的能量，为了保证低噪声转换，泵浦光子能量需低于目标波长（通常为1550纳米）。弗劳恩霍夫IAF开发的VECSEL配合MENLO的频率梳，凭借其卓越的窄带宽和波长稳定性，有效地抑制了泵浦波长的波动，避免了量子位目标波长的漂移，这对于后续的量子力学处理至关重要。
预计在2024年4月7日至11日举办的SPIE欧洲光子学展览会上，弗劳恩霍夫IAF的研究人员将在斯特拉斯堡展示他们在光电领域的最新成果。
这项研究于4月4日发布在弗劳恩霍夫应用固体物理研究所官方网站上。
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