AWG 在确定性三量子比特纠缠光子源中的应用

方案背景

随着量子信息科学的不断发展，如何实现高保真度的多量子比特纠缠态生成成为推动量子计算和量子通信实用化的关键。量子点因其可控性和稳定性，在量子光源研究中成为重要载体。而要精确控制量子点中的电子自旋并与光子发生纠缠，相干操作的时间精度与波形质量至关重要，这正是任意波形发生器（AWG）发挥作用的核心场景。

方案简介

在丹麦哥本哈根大学的研究团队基于单个量子点实现确定性三量子比特纠缠光子源的实验中，德思特利用TS-AWG5000系列与电光调制器（EOM）等器件协同工作，驱动量子点电子自旋并产生高保真度的三粒子 GHZ 态。该研究展示了 AWG 在生成微波调制信号、精确控制自旋脉冲时序及优化量子操控条件方面的多重关键作用。
AWG 在确定性三量子比特纠缠光子源中的应用（1）

方案构成

德思特AWG助力实现“电子自旋进行精确的相干操控”目标

生成微波调制信号

实验采用德思特TS-AWG5064 型号的任意波形发生器，它能够产生最高 6 GHz 的低频微波信号。这些低频信号与频率为 8.2 GHz 的外部本地振荡器（LO），借助 Mini – Circuits ZX05 – 153LH – S + 混频器进行混频，从而产生高频边带信号。
随后，通过 ZVBP – 10R5G – S + 高通滤波器滤除低频成分，得到实验所需的高频信号，如用于驱动电子自旋塞曼能级跃迁的 22 GHz 信号。该高频信号经放大后加载到电光调制器（EOM），实现对激光相位和幅度的调制，进而实现对电子自旋的操控。这一过程就像是给激光信号 “编码”，让激光能够按照实验需求，准确地与电子自旋相互作用。

精确控制自旋操作时序

在整个实验流程中，从核自旋窄化到 GHZ 态生成，每一个步骤都离不开 AWG 对脉冲序列的精准把控。在核自旋窄化环节，AWG 发送两个重叠的 1.1 µs 拉曼脉冲和一个 1.2 µs 泵浦脉冲，有效抑制了核自旋噪声，将电子自旋退相干时间从 2 ns 大幅延长至 33 ns，为后续的自旋操作提供了稳定的条件。
而在 GHZ 态生成过程中，AWG 输出一系列特定宽度（如 4 ns）的 π/2 和 π 脉冲，并与皮秒激光脉冲配合，实现了自旋与光子发射时间的纠缠。为确保所有操作的精确性，AWG 与现场可编程门阵列（FPGA）通过 72.63 MHz 射频信号实现外部时钟同步，使自旋操作与光子检测事件能够精确对齐。

方案成效

该实验成功实现了保真度为 56% 的三粒子 GHZ 纠缠态，违反双可分性准则达 10 个标准差，显著提升了多粒子纠缠的生成效率。

德思特任意波形发生器AWG 的稳定性和灵活性成为实现高保真量子态的核心支撑。

方案优势

高时间分辨率

亚纳秒级别（<110 ps
上升/下降时间），
支持极短脉冲生成

宽频率范围

可生成 6 GHz 及以上
频率调制信号，
支持量子态高频操控

大电压幅度

在 50Ω 负载下输出
高达 5Vpp，
驱动电光调制器
无需额外放大器

自定义灵活性强

任意波形生成能力，
适配复杂实验需求，
优化控制精度

精确时序同步

与 FPGA 联合运行，
确保自旋操控与
光子发射精确对齐

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