一种双光子极化-路径纠缠的量子隐形传态实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种双光子极化

【技术实现步骤摘要】
一种双光子极化
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路径纠缠的量子隐形传态实验装置


[0001]本技术涉及量子信息科学
，特别涉及一种双光子极化
‑
路径纠缠的量子隐形传态实验装置。

技术介绍

[0002]自从1993年，Bennett等人提出了量子隐形传态的概念，此后就有不同的小组在基于不同的物质载体中演示了量子隐形传态实验。由于光子受环境的影响较小，意大利的Martini小组利用光子的极化
‑ꢀ
路径纠缠演示了量子隐形传态实验，并且证明了该方案和Bennett等人提出的方案具有等效性，其实验光路如图1所示。
[0003]在图1所示的实验光路中，泵浦光经过BBO晶体产生下转换纠缠光子，
[0004][0005]通过一个方解石，H成分的光子进入2路发送给Bob，V成分的光子进入1路发送给Alice。此时光子对的状态可以描述成：
[0006][0007]采用偏振控制器作用在a1和b1路光子上，可以制备任意的待传送态。对于极化
‑
路径纠缠，使用的4个正交的Bell基矢如下：
[0008][0009][0010]和四光子极化纠缠的量子隐形传态相比，此方案中的Alice可以完成完全Bell测量。
[0011]然而，现有技术的实验光路均是由空间光器件搭建而成的，其成本昂贵，调试难度较大，且系统稳定性低。

技术实现思路

[0012]针对这一问题，本技术提出一种双光子极化
‑
路径纠缠的量子隐形传态实验装置，其中对部分空间光器件进行了替代设计，从而在降低成本的同时降低了调试难度，且系统性能更加稳定。
[0013]具体而言，该双光子极化
‑
路径纠缠的量子隐形传态实验装置可以包括纠缠源、Alice端和Bob端；
[0014]所述纠缠源用于生成纠缠光子；
[0015]所述Bob端用于接收第一路纠缠光子，并对其进行单光子探测以重现量子态；
[0016]所述Alice端用于接收第二路纠缠光子，并对其进行初始传送态制备和Bell态测量；其特征在于：
[0017]所述Bob端包括第一偏振分束单元和单光子探测模块；
[0018]所述第一偏振分束单元被设置成将所述第一路纠缠光子偏振分束成第一分量和第二分量；
[0019]所述单光子探测模块被设置成对所述第一路纠缠光子的第一分量和第二分量进行单光子探测；以及，
[0020]所述Alice端包括第二偏振分束单元、第一偏振控制模块、第三偏振分束单元、以及Bell态测量模块，其中，
[0021]所述第二偏振分束单元被设置成将所述第二路纠缠光子偏振分束成第一和第二分量，并使所述第二路纠缠光子的第一分量和第二分量彼此平行地输出；
[0022]所述第一偏振控制模块设在所述第二和第三偏振分束单元之间，且被设置用于对所述第二路纠缠光子的第一和第二分量进行偏振态调制，实现初始传送态制备；
[0023]所述第三偏振分束单元被设置成接收所述第二路纠缠光子的第一和第二分量，并使所述第二路纠缠光子的第一分量发生方向偏转，从而与所述第二路纠缠光子的第二分量在偏振分束面上发生干涉作用，生成第一和第二干涉信号；
[0024]所述Bell态测量模块被设置成接收所述第一和第二干涉信号，并在四个正交的Bell基矢下进行单光子探测，以实现Bell态测量。
[0025]进一步地，所述第一偏振分束单元包括偏振分束器，所述单光子探测模块包括第一单光子探测单元和第二单光子探测单元；
[0026]所述第一单光子探测单元包括第一耦合器和第一单光子探测器，其中，所述第一耦合器用于收集所述第一路纠缠光子的第一分量，并经传输光纤将其输入所述第一单光子探测器；
[0027]所述第二单光子探测单元包括第二耦合器和第二单光子探测器，其中，所述第二耦合器用于收集所述第一路纠缠光子的第二分量，并经传输光纤将其输入所述第二单光子探测器。
[0028]进一步地，所述第一偏振分束单元包括光纤型保偏偏振分束器；所述单光子探测模块包括第一和第二单光子探测器；并且，所述第一和第二单光子探测器分别通过传输光纤与所述光纤型保偏偏振分束器的两个输出端连接。
[0029]进一步地，所述第二偏振分束单元包括集成为一体的偏振分束器部分和反射镜部分，且所述反射镜部分的反射面与所述偏振分束器部分的偏振分束面平行；并且，所述第三偏振分束单元包括集成为一体的偏振分束器部分和反射镜部分，且所述反射镜部分的反射面与所述偏振分束器部分的偏振分束面平行。
[0030]进一步地，所述第一偏振控制模块被进一步设置成使所述第二路纠缠光子的第一和第二分量中的一个发生偏振态90度翻转。其中，所述第一偏振控制模块可以包括用于实现所述偏振态90度翻转的第一偏振控制单元，以及用于实现所述初始传送态制备的第二偏振控制单元。
[0031]可选地，所述第一偏振控制单元包括偏振控制器或波片；所述第二偏振控制单元
包括偏振控制器或波片。
[0032]优选地，所述第一偏振控制单元为1/4波长的波片；所述第二偏振控制单元包括四分之一波长的波片和二分之一波长的波片。
[0033]进一步地，所述Bell态测量模块包括第三偏振控制单元、第四偏振分束单元、第四偏振控制单元、第五偏振分束单元、以及第三至第六单光子探测单元；所述第三偏振控制单元被设置用于对所述第一干涉信号进行偏振控制；所述第四偏振分束单元被设置用于接收经偏振控制的所述第一干涉信号，并将其偏振分束成第一和第二分量；所述第三和第四单光子探测单元分别被设置用于对所述第一干涉信号的第一和第二分量进行单光子探测；所述第四偏振控制单元被设置用于对所述第二干涉信号进行偏振控制；所述第五偏振分束单元被设置用于接收经偏振控制的所述第二干涉信号，并将其偏振分束成第三和第四分量；所述第五和第六单光子探测单元分别被设置用于对所述第三和第四分量进行单光子探测。
[0034]更进一步地，所述第三偏振控制单元被设置成实现
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45度和45 度偏振态旋转中的一个，所述第四偏振控制单元被设置成实现
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45度和45度偏振态旋转中的另一个。
[0035]更进一步地，所述第三偏振控制单元包括偏振控制器或者波片，或者借助旋转光轴对准角度实现；以及/或者，所述第四偏振控制单元包括偏振控制器或者波片，或者借助旋转光轴对准角度实现。
[0036]更进一步地，所述第四偏振分束单元包括双尾纤偏振分束耦合器，且所述双尾纤偏振分束耦合器通过光纤连接所述第三和第四单光子探测单元；以及/或者，所述第五偏振分束单元包括双尾纤偏振分束耦合器，且所述双尾纤偏振分束耦合器通过光纤连接所述第五和第六单光子探测单元。
[0037]进一步地，该量子隐形传态实验装置还可以包括第一光收集单元和第二光收集单元；其中，所述第一光收集单元包括第一耦合器和第一传输光纤，所述第一耦合器被设置用于收集所述第一路纠缠光子并将其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双光子极化
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路径纠缠的量子隐形传态实验装置，其包括纠缠源、Alice端和Bob端；所述纠缠源用于生成纠缠光子；所述Bob端用于接收第一路纠缠光子，并对其进行单光子探测以重现量子态；所述Alice端用于接收第二路纠缠光子，并对其进行初始传送态制备和Bell态测量；其特征在于：所述Bob端包括第一偏振分束单元和单光子探测模块；所述第一偏振分束单元被设置成将所述第一路纠缠光子偏振分束成第一分量和第二分量；所述单光子探测模块被设置成对所述第一路纠缠光子的第一分量和第二分量进行单光子探测；以及，所述Alice端包括第二偏振分束单元、第一偏振控制模块、第三偏振分束单元、以及Bell态测量模块，其中，所述第二偏振分束单元被设置成将所述第二路纠缠光子偏振分束成第一和第二分量，并使所述第二路纠缠光子的第一分量和第二分量彼此平行地输出；所述第一偏振控制模块设在所述第二和第三偏振分束单元之间，且被设置用于对所述第二路纠缠光子的第一和第二分量进行偏振态调制，实现初始传送态制备；所述第三偏振分束单元被设置成接收所述第二路纠缠光子的第一和第二分量，并使所述第二路纠缠光子的第一分量发生方向偏转，从而与所述第二路纠缠光子的第二分量在偏振分束面上发生干涉作用，生成第一干涉信号和第二干涉信号；所述Bell态测量模块被设置成接收所述第一和第二干涉信号，并在四个正交的Bell基矢下进行单光子探测，以实现Bell态测量。2.如权利要求1所述的量子隐形传态实验装置，其特征在于：所述第一偏振分束单元包括偏振分束器，所述单光子探测模块包括第一单光子探测单元和第二单光子探测单元；所述第一单光子探测单元包括第一耦合器和第一单光子探测器，其中，所述第一耦合器用于收集所述第一路纠缠光子的第一分量，并经传输光纤将其输入所述第一单光子探测器；所述第二单光子探测单元包括第二耦合器和第二单光子探测器，其中，所述第二耦合器用于收集所述第一路纠缠光子的第二分量，并经传输光纤将其输入所述第二单光子探测器。3.如权利要求1所述的量子隐形传态实验装置，其特征在于：所述第一偏振分束单元包括光纤型保偏偏振分束器；所述单光子探测模块包括第一和第二单光子探测器；并且，所述第一和第二单光子探测器分别通过传输光纤与所述光纤型保偏偏振分束器的两个输出端连接。4.如权利要求1所述的量子隐形传态实验装置，其特征在于：所述第二偏振分束单元包括集成为一体的偏振分束器部分和反射镜部分，且所述反射镜部分的反射面与所述偏振分束器部分的偏振分束面平行；并且，所述第三偏振分束单元包括集成为一体的偏振分束器部分和反射镜部分，且所述反射
镜部分的反射面与所述偏振分束器部分的偏振分束面平行。5.如权利要求1所述的量子隐形传态实验装置，其特征在于：所述第一偏振控制模块被进一步设置成使所述第二路纠缠光子的第一和第二分量中的一个发生偏振态90度翻转。6.如权利要求5所述的量子隐形传态实验装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧，李广兵，印娟，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：