产品概述：

量子纠缠教学机，是一个专门为高年级本科生或低年级研究生设计的一体式实验教学工具箱。它基于量子纠缠的核心资源，以虚拟仿真+实体结合的方式，并配套设计一系列梯度化难度的实验，在提高学生的动手能力的同时让他们了解基本的量子现象。教学机配套完善的实验讲义，课件和操作视频，可助力高校物理、光学、通信等专业背景的学院，快速开设量子光学或量子物理实验课程。

产品组成：

产品特点：

1、审美与功能兼具

传统的量子纠缠实验系统是由各个独立的仪器分立搭建，因此存在连线杂乱，美观度欠佳，收纳不便利等不足。面对产品的复杂性和系统化设计需求，我们将其进行功能分区：实验资源箱和辅助教学箱。实验资源箱包含量子纠缠教学实验的所有软硬件核心资源，如纠缠源模块，单光子探测模块，符合计数模块，主控模块，上位机软件等，同时配备15.6寸触摸屏，满足实验结果的显示，计算和分析等功能；辅助教学箱是学生做实体实验的主要操作区，学生利用辅助教学箱中的光学组件和实验资源箱，完成各个实验内容的实体搭建。

图 2 量子纠缠教学机打开效果图

面对产品美观度需求，我们对设备进行从产品形象至用户体验轻量化、智能化、未来化系统化的创新设计。设备顶部的艺术图案抽象模拟了量子纠缠的状态，这样的形态类似于无限符号（∞），表达出了量子信息这一新兴行业神秘而富有吸引力的特色，体现量子研究的无限可能性。艺术感和硬核科技相结合，满足教学实验需求的同时大幅增强视觉感。

图 3 设备顶部艺术图案

图 4 量子纠缠

2、从教学角度设计

（1）分级式教学设计，由浅入深，软硬结合

考虑教学过程中的实际需求，纠缠教学机以虚拟仿真+实体实验的形式进行教学内容的设计。虚拟仿真实验包含纠缠光路从搭建到特性测量的实验内容，保留了整体搭建的知识框架，同时简化了实体系统搭建的难度，可以让学生搭建实体实验前充分了解搭建步骤。实体实验按照难易程度设计分阶式实验项目，可以让学生由浅入深、充分学习到器件的特性，空间光路的准直耦合，纠缠的特性测量的实验技能。实验的数据可以在教学机的屏幕中实时显示，学生可以在上位机软件中，按照实验项目，方便记录并分析数据，得到实验结果和分析图表。 

教学机分为标准版和扩展版，扩展版增加了两个扩展实验，可以供学生老师进一步扩展研究所用。

（2）设有人眼安全防护

为了避免操作中存在强激光损伤人眼的潜在风险，教学机在产品设计之初就考虑到此项风险，在结构设计中考虑到源端高度结构，增加了安全防护罩，遮光 板等多重措施，保障操作者使用安全。

图 5 遮光布展示图

3、完善的教辅资料：

教学机根据实验流程设计配备实验讲义，课件，操作视频等完善的教辅资料，助力高校快速开展量子信息实验课程。

支持实验：

纠缠教学机，根据不同版本设计的实验内容及建议学时设计如下：

根据实验内容和老师课前的实验指导，使用者打开教学机上自带的上位机软件，首先学习量子纠缠源仿真实验室Qlab，通过仿真实验了解基本的实验操作和系统结构。然后通过在实验搭建区上进行相关器件校准、光学器件特性测量实验了解实验器件的使用方法和参数性能，然后通过搭建测试光路，优化和测试测量纠缠源的参数特性，计算干涉曲线、贝尔不等式，密度矩阵、保真度测量等。最后通过1-2个扩展实验了解量子相关特性（叠加态，光子全同性等） 

根据高校实验课安排，学生3-4人一组进行实验学习。仿真实验可以通过轮换实验进行操作；实体实验中，2个学生进行搭建，2个学生进行辅助并进行数据记录和处理。