一种反事实量子通信芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种反事实量子通信芯片，包括四波混频发生器(1)、第一分束器一(2)、n个大循环结构(3)、n‑1个分束调制结构、单光子检测器(6)，大循环结构(3)包括分光镜一、m个小循环结构(34)，小循环结构(34)包括分光镜二、相位调制器三(341)、分光镜三、损耗平衡器(342)，本发明专利技术采用光量子的方式实现量子信息传输，能够更好的降低量子比特制备的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种反事实量子通信芯片
本专利技术涉及一种量子比特传输通信芯片实现，特指一种硅基片上的用于反事实通信量子比特传输和检验的新型量子信息传输芯片。
技术介绍
量子反事实通信是基于量子力学中波粒二象性的特点来实现信息从Alice端发射传输，由Bob端接收，但是信息载体却不从Alice端传输到Bob端。并且传输信息为比特0还是比特1由Bob端的操作控制。在一轮通信结束后，Bob和Alice双方均可知道被传输的信息是比特0还是比特1。1993年以色列科学家提出“无相互作用测量”方法，也称“炸弹测试模型”。如附图1所示，A处为一单光子光源，单光子经过分光镜后，各有50％的几率走上方或下方的光路。经过上下方的反射镜后，光子在对角位置的第二个分光镜处产生干涉。若B处没有炸弹，那么光子会在对角位置产生干涉，肯定会被C处的探测器探测到；反之，如果B处有炸弹，那么在C和D处的探测器各有50％的几率探测到光子。若B处有炸弹，那么50％的可能性是光子从下方光路走，直接引爆炸弹，有50％的可能性是从光子上方光路走，炸弹安然无恙，然后光子又分别有50％的可能性各自从C和D处出现。简而言之，在D处检测到光子证明B处肯定有炸弹。一个神奇的事实是，光子没有直接接触炸弹，但是有25％的概率知道B处有没有炸弹。这就可以有25％的几率，在不对B有观测的情况下，得到B的信息。一定程度上违背认知事实。之后，许多科学家就此开始研究量子反事实通信。2013年Zubairy小组根据“无相互作用测量”原理，对于模型进行多次嵌套和连接，提出了“反事实直接量子通信”的物理理论实现。通过多次对于改进后的“炸弹测试模型”进行嵌套，反事实直接量子通信在物理上，不进行实物粒子传递的情况下，实现对于被测量物体所携带信息的正确判断。Aharonov博士又在2019年刊登的论文中，对于Zubairy小组的方案进行了修改。将单个嵌套环路改为前后的两个，从物理理论和逻辑上证明了“反事实直接量子通信”的确是没有进行实物粒子的传递，就获取了信息。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种反事实量子通信芯片，采用硅基光量子芯片来降低芯片的制造难度和量子的制备难度，通过热光效应的相位调制器实现了光子通道的通断，以不通过实物粒子交换的方式实现通信。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种反事实量子通信芯片，包括四波混频发生器、第一分束器一、n个大循环结构、n-1个分束调制结构、单光子检测器，n为大于等于2的整数，所述分束调制结构包括分束器二、相位调制器一，所述分束器二的上光出射口与相位调制器一连接，且分束器二的下光出射口的连接光路与相位调制器一的光出射口的连接光路合并成一条光路，其中：四波混频发生器的光出射口与第一分束器一光入射口连接，第一分束器一的上光出射口与第1个大循环结构连接，第一分束器一的下光出射口与单光子检测器光入射口一连接。第1个大循环结构的光入射口与第一分束器一的上光出射口连接，第i-1个大循环结构的光出射口与第i-1个分束调制结构的光入射口连接，第i-1个分束调制结构的光出射口与第i个大循环结构的光入射口连接，i＝2，…，n-1，第n个大循环结构的光出射口与单光子检测器光入射口二连接。大循环结构包括分光镜一、m个小循环结构,m为大于等于2的整数，所述分光镜一包括分束器三、分束器四、相位调制器二，所述分束器三的光入射口与第一分束器一的上光出射口连接，所述分束器三的上光出射口与相位调制器二光入射口的连接，所述分束器三的下光出射口的连接光路与相位调制器二的光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器四光入射口连接。第1个小循环结构的光入射口与分束器四的上光出射口连接，第j-1个小循环结构的上光出射口与第j个小循环结构的光入射口连接，j＝2，…，m-1，第j个小循环结构的上光出射口的连接光路与分束器四的下光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器二的光入射口连接。小循环结构包括分光镜二、相位调制器三、分光镜三、损耗平衡器，所述分光镜二的上光出射口与相位调制器三的光入射口连接，所述相位调制器三的光出射口与分光镜三光入射口连接，所述分光镜二的下光出射口与损耗平衡器的光入射口连接，所述损耗平衡器的光出射口的连接光路与分光镜三的下光出射口的连接光路合并成一条光路。优选的：所述分光镜二包括分束器五、分束器六、相位调制器四，所述分束器五的上光出射口与相位调制器四光入射口的连接，所述分束器五的下光出射口的连接光路与相位调制器四的光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器六光入射口连接。优选的：所述分光镜三包括分束器七、分束器八、相位调制器五，所述分束器七的上光出射口与相位调制器五光入射口的连接，所述分束器七的下光出射口的连接光路与相位调制器五的光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器八光入射口连接。优选的：所述相位调制器一、相位调制器二、相位调制器三、、相位调制器四、相位调制器五采用温控电阻实现。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术从实验上证实了反事实量子通信的可靠性，采用硅基芯片提高系统稳定性并且降低了生产成本，并且采用光量子的方式实现量子信息传输，能够更好的降低量子比特制备的难度，促进量子通信的实用化、商业化。附图说明图1为现有炸弹测试模型。图2为本专利技术单个大循环示意图一。图3为本专利技术单个大循环示意图二。图4为验证光子在图2中是否被传输。图5为光子实际经过的路径。图6为小循环个数为五个的光子轨迹。图7为本专利技术的芯片原理示意图。图8为小循环的芯片原理示意图。图9为本专利技术的芯片结构图。图10为小循环的芯片结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种反事实量子通信芯片实现方法，采用四波混频发生器1将输入芯片的单光子变为一对纠缠光子对，再解除纠缠，成为相互独立的单光子。这对纠缠光子通过2*2的2分束器进入两个通道，分别为连接上光出射口的通路一和连接上光出射口的通路二。分束器为50:50的2分束器。进入通路一的单光子(光量子)A会通过波导而不经过任何器件，最终被触发器一接收。进入通路二的单光子(光量子)B会通过设计的循环嵌套结构，进行反事实通信。为验证反事实量子通信是否成功，本专利技术采用两个光量子进行反事实量子信息传输的对照和检验。产生的两个解纠缠的其中一个光量子A，用于进行反事实量子通信的非相互作用信息传递。另一个光量子B进入不做任何处理，进入波导。光量子B最终会被单光子检测器Trigger接收到，此表示光量子B成功制备且传输。如果此时其他的光子接收器没有接收到光量子A，则说明光量子A在传输途中发生错误，没能成功传输信息。还可以通过不同的光子接收器，对于光量子A传输过程中出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反事实量子通信芯片，其特征在于：包括四波混频发生器(1)、第一分束器一(2)、n个大循环结构(3)、n-1个分束调制结构、单光子检测器(6)，n为大于等于2的整数，所述分束调制结构包括分束器二(4)、相位调制器一(5)，所述分束器二(4)的上光出射口与相位调制器一(5)连接，且分束器二(4)的下光出射口的连接光路与相位调制器一(5)的光出射口的连接光路合并成一条光路，其中：/n四波混频发生器(1)的光出射口与第一分束器一(2)光入射口连接，第一分束器一(2)的上光出射口与第1个大循环结构(3)连接，第一分束器一(2)的下光出射口与单光子检测器(6)光入射口一连接；第1个大循环结构(3)的光入射口与第一分束器一(2)的上光出射口连接，第i-1个大循环结构(3)的光出射口与第i-1个分束调制结构的光入射口连接，第i-1个分束调制结构的光出射口与第i个大循环结构(3)的光入射口连接，i＝2，…，n-1，第n个大循环结构(3)的光出射口与单光子检测器(6)光入射口二连接；/n大循环结构(3)包括分光镜一、m个小循环结构(34),m为大于等于2的整数，所述分光镜一包括分束器三(31)、分束器四(32)、相位调制器二(33)，所述分束器三(31)的光入射口与第一分束器一(2)的上光出射口连接，所述分束器三(31)的上光出射口与相位调制器二(33)光入射口的连接，所述分束器三(31)的下光出射口的连接光路与相位调制器二(33)的光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器四(32)光入射口连接；第1个小循环结构的光入射口与分束器四(32)的上光出射口连接，第j-1个小循环结构的上光出射口与第j个小循环结构的光入射口连接，j＝2，…，m-1，第j个小循环结构的上光出射口的连接光路与分束器四(32)的下光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器二(4)的光入射口连接；/n小循环结构(34)包括分光镜二、相位调制器三(341)、分光镜三、损耗平衡器(342)，所述分光镜二的上光出射口与相位调制器三(341)的光入射口连接，所述相位调制器三(341)的光出射口与分光镜三光入射口连接，所述分光镜二的下光出射口与损耗平衡器(342)的光入射口连接，所述损耗平衡器(342)的光出射口的连接光路与分光镜三的下光出射口的连接光路合并成一条光路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种反事实量子通信芯片，其特征在于：包括四波混频发生器(1)、第一分束器一(2)、n个大循环结构(3)、n-1个分束调制结构、单光子检测器(6)，n为大于等于2的整数，所述分束调制结构包括分束器二(4)、相位调制器一(5)，所述分束器二(4)的上光出射口与相位调制器一(5)连接，且分束器二(4)的下光出射口的连接光路与相位调制器一(5)的光出射口的连接光路合并成一条光路，其中：
四波混频发生器(1)的光出射口与第一分束器一(2)光入射口连接，第一分束器一(2)的上光出射口与第1个大循环结构(3)连接，第一分束器一(2)的下光出射口与单光子检测器(6)光入射口一连接；第1个大循环结构(3)的光入射口与第一分束器一(2)的上光出射口连接，第i-1个大循环结构(3)的光出射口与第i-1个分束调制结构的光入射口连接，第i-1个分束调制结构的光出射口与第i个大循环结构(3)的光入射口连接，i＝2，…，n-1，第n个大循环结构(3)的光出射口与单光子检测器(6)光入射口二连接；
大循环结构(3)包括分光镜一、m个小循环结构(34),m为大于等于2的整数，所述分光镜一包括分束器三(31)、分束器四(32)、相位调制器二(33)，所述分束器三(31)的光入射口与第一分束器一(2)的上光出射口连接，所述分束器三(31)的上光出射口与相位调制器二(33)光入射口的连接，所述分束器三(31)的下光出射口的连接光路与相位调制器二(33)的光出射口的连接光路合并成一条光路后与分束器四(32)光入射口连接；第1个小循环结构的光入射口与分束器四(32)的上光出射口连接，第j-1个小循环结构的上光出射口与第j个小循环结构的光入射口连接，j＝2，…，m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄安琪，邢天翊，姚子卿，邹鹏程，郭耀辉，宁国宇，王易之，徐平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32