《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》編制說明 （一）任務來源及協(xié)作單位 1（二）制定背景 （三）主要工作過程 2（四）國家標準主要起草人及其所做的工作 4 （一）標準編制原則和依據(jù) 7（二）標準主要技術內容說明 8（三）標準中主要技術內容確定的依據(jù)和過程 9 《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試一、工作簡況（一）任務來源及協(xié)作單位推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃》，《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》國家標準項目正式立項，計劃號:20243416-T-469。本標準由全國量子計算與測量標準化技術委員會(SAC/TC578)提出并歸口，由濟南量子技術研究院、山東電子科技大學、青島大學、香港城市大學、中國計量大學、上海交通大學、濟南晶正電子科技有限公司、科大國盾量子技術股份有限公司、安徽鯤騰量子科技有限公司、中電信量子信息科技集團有限公司、中國長城科技集團股份有限公司等單位共同起草。其中，濟南量子技術研究院為該標準起草工作的牽頭單位。（二）制定背景量子信息用周期極化鈮酸鋰頻率轉換器件在量子計算、量子測量、量子通信等領域得到廣泛的應用，是量子信息科學的關鍵核心器件。但是該器件相關的國際標準、國家標準、行業(yè)標準均未發(fā)布，不同用戶對器件進行相關光學性能測試時，沒有統(tǒng)一的測試方法，導致測試結果參差不齊，沒有可比性，嚴重“掣肘”了器件產業(yè)發(fā)展的整體進程。因此有必要開展《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》標準的研制，規(guī)范和統(tǒng)一器件的光學參數(shù)測試方法。（三）主要工作過程化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》推薦性國家標準的制全國量子計算與測量標準化技術委員會（SAC/TC5口管理。任務下達后，技術歸口單位全國量子計算與測量標準化技術委員會，會同項目牽頭單位濟南量子技術研究院，面向領域內相關科研院所、企事業(yè)單位、社會團體等，廣泛開展了標準起草工作組成員單位/起草專家的征集工作。2025年4月17日，《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》國家標準起草工作組正式成立。起草工作組由來自濟南量子技術研究院、山東大學、中國科學技術大學、華東師范大學、天津大學、南開大學、電子科技大學、青島大學、香港城市大學、中國計量大學、上海交通大學、南京大學、國防科技大學、中國標準化研究院、濟南晶正電子科技有限公司、科大國盾量子技術股份有限公司、安徽鯤騰量子科技有限公司、中電科技德清華瑩電子有限公司、中電信量子信息科技集團有限公司、上海頻準激光科技股份有限公司、浙江法拉第激光科技有限公司、上海瀚宇光纖通信技術有限公司、中國長城科技集團股份有限公上海圖靈智算量子科技有限公司、中國電子科技集團公司第四十一研究所、深圳長朗智能科技有限公司、無錫光子芯片聯(lián)合研究中心共29個單位的45位專家構成。鄭名揚研究員任組長，組員有張強、胡卉、程亞、逯鶴、謝臻達、周志遠、華平壤、武愕、黃坤、周強、王磊、王騁、劉勇、沈照功、李東東、任希鋒、金賢敏、薄方、陳景標、桑元華、徐平、鄭遠林、張磊、張瑞新、王東周、周飛、謝秀平、宋偉、姚權、馬文博、高博鋒、徐洋、于春霖、陳岳、譚愛紅、郭邦紅、王增斌、康鍵、唐豪、楊林、史學舜、勞長石、魏志猛、戰(zhàn)永興。2025年4月17日，《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》國家標準啟動會暨第一次工作組會議在濟南量子技術研究院召開，采用“線上線下結合”的會議方式。會議由濟南量子技術研究院鄭名揚研究員主持，山東大學、天津大學、濟南晶正電子科技有限公司、安徽鯤騰量子科技有限公司等單位的線下5位專家與線上23位專家出席，共28位專家參與。會議對標準草案進行了逐章逐條介紹，與會專家圍繞草案中范圍、術語和定義、測試環(huán)境要求、性能測試方法等問題展開討論，提出多條修改意見。會議明確了工作時間節(jié)點：4月18日前秘書處整理會議紀要并發(fā)送全體成員確認；6月30日前，各專家提交修改意2025年7月11日，工作組完成對第一次會議收集意見的處理，形成討論稿（第二稿），并發(fā)送給工作組全體成員單位。2025年8月7日，工作組完成對第二次會議收集意見的征集和處理，形成討論稿（第三稿并發(fā)送給工作組全體成員單2025年8月12日，工作組召開第二次工作組會議，會議由濟南量子技術研究院鄭名揚研究員主持。對修改后的標準草案進行了逐章逐條介紹，期間與會專家對關切的問題進行了討論，對部分內容提出了修改意見。同時，會上介紹了《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》國家標準編制說明。經投票表決，工作組一致同意根據(jù)討論意見對草案進一步完善后，可形成征求意見稿，報送至TC578秘書處。（四）國家標準主要起草人及其所做的工作本標準由濟南量子技術研究院作為牽頭單位，山東大學、中國科學技術大學、華東師范大學、天津大學、南開大學、電子科技大學、青島大學、香港城市大學、中國計量大學、上海交通大學、濟南晶正電子科技有限公司、科大國盾量子技術股份有限公司、安徽鯤騰量子科技有限公司、中電信量子信息科技集團有限公司、中國長城科技集團股份有限公司等單位共同起草。主要起草人及工作如表1所示。二、國家標準編制原則、主要內容及其確定依據(jù)（一）標準編制原則和依據(jù)1.科學性和系統(tǒng)性本標準所規(guī)定的周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法，與我國近年來量子信息技術的發(fā)展和應用緊密結合，吸納了國內該領域內同行所積累的相關經驗，確保標準內容科學性和系統(tǒng)性，填補周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法領域的標準空白。2.準確性和完整性本標準規(guī)定了周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法，適用于量子測量、量子通信以及量子計算領域。本標準在約定性能評價標準和測試方法時充分參考了現(xiàn)有的相關標準規(guī)范，保證術語的語義準確性和內容的完整性。本標準所約定的性能測試方法已經在周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件相關文獻中反復實現(xiàn)，在行業(yè)內普遍認同，具有可4.標準的對象和范圍本標準規(guī)定了周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法，具有較強的普適性。（二）標準主要技術內容說明本文件件規(guī)定了周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件的測試環(huán)境要求、測試設備要求和測試報告要求，描述了器件的結構和性能測試方法。本文件適用于周期極化鈮酸鋰晶體以及基于該晶體制作的質子交換波導、金屬擴散波導、薄膜脊型波導等光學非線性頻率轉換器件的性能參數(shù)測試。本標準的主要技術內容如下：1范圍、2規(guī)范性引用文件、3術語和定義、4器件結構、5測試環(huán)境要求、6測試設備要求、7性能測試方法、8測試報告。（三）標準中主要技術內容確定的依據(jù)和過程為規(guī)范周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法，本標準圍繞測試方法進行如下幾方面的約定：1.術語和定義：規(guī)范器件測試過程中的關鍵術語，通用術語不再贅述；2.儀器設備：考慮到器件廣泛應用于適用于量子測量、量子通信以及量子計算等不同應用場景，本標準重點對器件評估所需的基本儀器設備及其關鍵參數(shù)進行了約定，不同應用場景的其他輔助設備本標準不做贅述。3.測試方法：列舉準相位匹配溫度、頻率轉換帶寬、量子頻率轉換效率、量子頻率轉換噪聲、量子態(tài)保持特性等指標，并對測試方法進行了約定。三、試驗驗證情況的說明本標準針對周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件的性能測試方法開展了試驗驗證工作，按照標準草稿中測試流程和數(shù)據(jù)處理方法，得到相應性能指標，驗證了方法科學性和可行性。試驗驗證的過程和數(shù)據(jù)見附件。四、與國際、國外同類標準技術內容的對比情況本標準可填補周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法相關國際、國內標準空白，暫無其他國際、國外相關文件參考。相關術語和定義編寫過程中參考了《激光術語》《量子測量術語》等國家標準。五、標準采用國際文件的情況說明經檢索，國際上還沒有類似的標準，本標準未翻譯或采用國六、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系七、制定過程中重大分歧意見的處理過程本標準在立項及各次討論會以及編寫討論中，沒有產生重大八、標準中涉及專利的情況未發(fā)現(xiàn)涉及相關專利。九、國家標準性質的建議及貫徹國家標準的要求和措施建議《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》標準的研制，將規(guī)范測試與評估周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能參數(shù)的具體方法，有利于量子信息技術領域不同實驗室、企業(yè)或組織之間遵循標準程序進行測試，讓標準用戶對測試項、測試結果達成共識，更有利于不同的利益相關者之間相互協(xié)作，提高產品及系統(tǒng)兼容性、穩(wěn)定性、可靠性。本標準為器件設計和研發(fā)提供了指導和參考，有利于推動量子信息技術領域內技術進步、創(chuàng)新、規(guī)范，也有助于促進周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件在集成光學領域、激光技術等多領域的應用與發(fā)展。同時，本標準的研制將充分基于本領域國際先進的技術和理念，具有較強的前瞻性和可操作性，能夠有效指導周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換集成光學器件相關參數(shù)的測試工作，國際尚無標準化組織開展本標準的制定，本標準研制完成后將為本領域國際標準技術規(guī)范提供參本標準的建議實施日期為：自發(fā)布之日起6個月。十、其他應予說明的事項《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試方法》國家標準起草工作組《周期極化鈮酸鋰量子頻率轉換器件性能測試一、準相位匹配溫度（YOKOGAWA.AQ6375B）。2、測試原理：準相位匹配溫度測試原理如圖1所示，連續(xù)單頻線偏振光源產生信號光與泵浦光，分別經過偏振控制元件后通過合束器模塊輸入被測器件。被測器件工作溫度受溫控模塊調節(jié)，產生的和頻光通過光功率計監(jiān)測。調節(jié)溫控模塊溫度，功率計監(jiān)測示數(shù)會隨之改變，被測器件達到準相位匹配溫度時功率計監(jiān)測到和頻光功率最高。3、測試步驟：2.調節(jié)偏振控制元件，優(yōu)化信號光和泵浦光的偏振態(tài)；的和頻光功率最大，記錄此時的準相位匹配溫度值與最大和頻光4.重復測試5次取數(shù)據(jù)平均值。4、測試結果：二、頻率轉換帶寬測試2、測試原理：頻率轉換帶寬測試原理同準相位匹配溫度測試圖1，連續(xù)單頻線偏振光產生的信號光與泵浦光波長與功率固定并滿足小信號近似條件下，在器件工作溫度固定于準相位匹配溫度條件下可以測得器件產生的和頻光功率最大值。調節(jié)信號光波長，因偏移計監(jiān)測數(shù)據(jù)平滑處理后得到器件調諧曲線，其中和頻/差頻光功率達到最大值一半對應的分別位于信號光波長左右兩端且最接近信號光的兩波長間的寬度即為頻率轉換帶寬。3、測試步驟1.打開連續(xù)單頻線偏振光源，固定輸入信號光和泵浦光的波長與功率，功率滿足小信號近似條件；2.調節(jié)偏振控制元件，優(yōu)化信號光和泵浦光的偏振態(tài)；3．調節(jié)電源與溫控模塊至準相位匹配溫度，記錄器件產生的和頻光最大值；4.按步進0.001nm調節(jié)信號光波長，記錄器件產生的和頻光功率，數(shù)據(jù)進行平滑處理得出和頻光功率為最大值一半對應的分別位于信號光波長左右兩端且最接近信號光的兩波長；5.重復測試5次取數(shù)據(jù)平均值計算頻率轉換帶寬；4、測試結果三、量子頻率轉換效率測試（YOKOGAWA.AQ6375B）。2、測試原理：量子頻率轉換效率測試原理同準相位匹配溫度測試圖1，連續(xù)單頻線偏振光產生的信號光波長與功率固定，泵浦光波長固定。逐級增加泵浦光功率并優(yōu)化溫度至功率計監(jiān)測到器件產生的和頻光功率達到最大值，此時可計算器件的量子頻率轉換效率。3、測試步驟：1.打開連續(xù)單頻線偏振光源，固定輸入信號光波長并記錄信號光功率，固定泵浦光波長；2.調節(jié)偏振控制元件，優(yōu)化信號光和泵浦光的偏振態(tài)；和頻功率為最大；4.逐步調節(jié)泵浦光功率，并優(yōu)化工作溫度直至功率計探測到的和頻光功率最大值；5.重復測試5次取數(shù)據(jù)平均值計算量子頻率轉換效率。4、測試結果：四、量子頻率轉換噪聲測試2、測試原理量子頻率轉換噪聲測試原理如圖2，器件輸出端經過固定帶寬帶通濾波器通過單光子計數(shù)器進行噪聲監(jiān)測。在器件工作于一定量子頻率轉換效率條件下，關閉信號光，通過單光子計數(shù)器監(jiān)測可監(jiān)測到包含探測器本底噪聲與量子頻率轉換噪聲的噪聲總計數(shù)。此時再關閉泵浦光，可監(jiān)測到探測器本底噪聲，結合濾波模塊通光效率、單光子探測器探測效率進一步計算獲得該量子頻率轉換效率下的量子頻率轉換噪聲。3、測試步驟：1.打開連續(xù)單頻線偏振光源，固定信號光波長并標定每秒十萬光子數(shù)輸入波導，固定泵浦光波長與功率；2.調節(jié)偏振控制元件、電源與溫控模塊至單光子探測器探測到的和頻光的光子計數(shù)率為最大；器計數(shù)率；量子頻率轉換效率下的量子頻率轉換噪聲；5.重復測量5次取數(shù)據(jù)平均值計算量子頻率轉換噪聲。4、測試結果五、量子態(tài)保持特性測試2、測試原理以概率性單光子源經被測器件進行量子頻率轉換前后的二階自相關函數(shù)直方圖零延時時最低值的接近程度衡量器件的量子態(tài)保持特性。概率性單光子源二階自相關函數(shù)測試原理如圖3，糾纏光子源經與其中心頻率對稱的可調諧濾波器與密集波分復用器、50:50分束器分別輸入三個單光子探測器，通過時間相關單光子計數(shù)器分別計算雙通道/三通道符合計數(shù)率可繪制出概率性單光子源的二階自相關函數(shù)直方圖，并獲得直方圖0延時時最低值。概率性單光子源經器件和頻二階自相關函數(shù)測試原理如圖4所示，糾纏光子源在密集波分復用器后進入被測器件進行量子頻率轉換，濾波后所產生的和頻光