1. 课程导入与评估对象界定

量子纠缠光源是量子信息技术的“发动机”：量子密钥分发依赖它产生不可窃听的关联光子对，量子中继与分布式量子计算依赖它在节点间建立纠缠，光量子计算与玻色采样则依赖它提供可分辨、可干涉的单光子态。然而，一个“能出光子”的光源与一个“能用于任务”的光源之间，隔着一条由保真度、纯度、不可区分性、效率共同构成的鸿沟。本课程要回答的核心问题是：如何用一套可复现的测量与判定流程，量化纠缠光源在目标量子态上的接近程度，并据此判断它能否支撑特定量子信息任务。

需要先厘清“保真度”在本课程中的含义。量子态保真度定义为 \(F(\rho,\sigma)=\left(\mathrm{Tr}\sqrt{\sqrt{\rho}\,\sigma\sqrt{\rho}}\right)^2\)，当其中一个态为纯态 \(|\psi\rangle\) 时简化为 \(F=\langle\psi|\rho|\psi\rangle\)。对纠缠光源而言，我们通常关心两类对象：一是态保真度，即实际制备的偏振（或路径、时间-bin）纠缠态与理想最大纠缠态（如 \(|\Phi^+\rangle=(|HH\rangle+|VV\rangle)/\sqrt{2}\)）的重合度；二是过程保真度，把光源视为一个制备信道时，其实际量子过程与理想过程的一致程度。前者通过量子态层析或基于纠缠目击者的下界估计获得，后者需要量子过程层析。本课程以态保真度为主线，过程保真度作为进阶内容在后续章节展开。

典型纠缠光源主要有三类，它们的物理机制与评估难点各不相同。自发参量下转换（SPDC）源利用非线性晶体（如 BBO、PPKTP）中的二阶非线性效应，将一个泵浦光子劈裂为信号与闲频光子，通过Ⅰ型或Ⅱ型相位匹配产生偏振纠缠；其优点是室温工作、亮度高、光谱宽，难点在于多光子噪声、空间模式不匹配与色散导致的干涉可见度下降。量子点（QD）源依靠半导体量子点的激子-双激子级联辐射产生偏振纠缠光子对，优点是可按需单光子发射、纠缠纯度潜力高，难点在于精细结构分裂引起的相位退相干、声子边带与收集效率。原子系综与参量放大类源（如四波混频）则常用于产生窄带、与原子跃迁兼容的纠缠，评估时需额外关注时间模式匹配。三类源的共同点是：都必须通过符合计数、干涉与层析来“证明”纠缠，而不能仅凭理论设计宣称。

评估在量子信息任务中的意义，可以概括为“以任务定指标，以指标定测量”。同一个光源，用于BB84类QKD时更关注单光子纯度与偏振对比度；用于Ekert型纠缠QKD时更关注CHSH不等式违背量 \(S\)；用于纠缠交换与量子中继时更关注纠缠保真度与纠缠寿命；用于多光子干涉时则更关注光子不可区分性（HOM干涉可见度）。因此，评估不是一套固定指标，而是从任务需求反推测量方案：先明确目标态与目标任务，再选择层析、目击者、Bell测试或干涉测量，最后用统计不确定度判断结果是否可信。

上图给出了从制备到判定的四层框架，它也是本课程后续章节的路线图。需要强调的是，框架中每一层都存在“容易做错但不易察觉”的细节。例如在测量层，符合窗口设置过宽会引入大量偶然符合，使测得的纠缠保真度被系统性低估；设置过窄则会丢弃真实符合，增大统计误差。在判定层，若直接用未扣除背景的符合计数计算保真度，得到的数值可能看起来“合格”，但经偶然符合修正后可能跌破任务阈值。因此，评估的可信度取决于对系统误差与统计误差的同时控制。

为了让框架落地，下面给出一个可操作的示例流程（数值为教学假设，用于说明方法而非实测结果）。设目标态为 \(|\Phi^+\rangle\)，使用Ⅱ型SPDC源，在 \(\{|H\rangle,|V\rangle\}\) 与 \(\{|+\rangle,|-\rangle\}\) 两组基下测量符合计数。若在 \(H/V\) 基下测得 \(N_{HH}=4820\)、\(N_{VV}=4610\)、\(N_{HV}=190\)、\(N_{VH}=205\)，在 \(+/-\) 基下测得 \(N_{++}=4700\)、\(N_{--}=4550\)、\(N_{+-}=260\)、\(N_{-+}=240\)，则可见度约为 \(V_{HV}\approx(4820+4610-190-205)/(4820+4610+190+205)\approx0.92\)，\(V_{+-}\approx0.90\)。由此可估计保真度下界 \(F\ge(1+V_{HV}+V_{+-}-V_{HV}V_{+-})/4\approx0.94\)。若任务要求 \(F\ge0.90\)，则判定通过；若要求 \(F\ge0.95\)，则需进一步优化相位稳定性或滤除多光子成分。