【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子通信，特别是涉及一种宽频段动态可调的光量子路由方法、系统及存储介质。
技术介绍
1、对波导qed系统中光子透射和反射行为的研究，使得相关光量子器件得到快速发展，如光子开关、量子路由、量子频率梳等。目前量子路由主要基于双波导qed系统中单光子的透射和反射实现。
2、当前的基于双波导qed系统的单光子路由方案存在两个方面的不足：(1)由于现实条件和技术障碍的限制，系统一旦配置完成，其相应参数不易改变，这导致设计的量子路由器其适用频率范围受限且不利于单光子路由过程中的动态调节；(2)双波导均为一维无限波导，由于其结构的对称性，单光子从输入波导路由到另一输出波导的路由效率不大于50％，这极大限制了其在量子通信网络中的应用。
3、为了解决单光子量子路由的频率范围受限、无法动态调节且波导路由效率低的问题，提出一种宽频段动态可调的光量子路由方法、系统及存储介质。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提出一种宽频段动态可调的光量子路由方法、系统及存储介质，以至少解决相关技术中路由的频率范围受限、无法动态调节且波导路由效率低的问题。
2、根据本专利技术的一个实施例，提出一种宽频段动态可调的光量子路由方法，包括：
3、建立双波导qed系统模型；
4、计算双波导qed系统的微分方程；
5、根据微分方程构建双波导qed系统的光子透反射率表达式；
6、根据双波导qed系统的光子透反射率表达式计算光量子路由的最
7、根据光量子路由的最佳相位值实现动态光量子路由。
8、在一个示例性实施例中，所述双波导qed系统模型是腔分别与两个波导进行耦合且腔内原子频率进行周期性地变化的系统模型。
9、在一个示例性实施例中，所述计算双波导qed系统的微分方程，包括步骤：
10、构建原子频率动态变化的表达式；所述原子频率动态变化的表达式是原子频率随时间变化的余弦波表达式ωa＝w0+ηcos vt，其中w0表示原子频率固定部分，η表示原子频率变化部分的振幅，v表示原子频率变化部分的频率；
11、计算双波导qed系统的等效哈密顿量；
12、计算双波导qed系统中光子运动的微分方程组。
13、在一个示例性实施例中，所述计算双波导qed系统的等效哈密顿量，包括步骤：
14、根据原子激发态算符和原子的耗散速率计算原子的哈密顿量；
15、根据腔的频率和耗散速率计算腔的哈密顿量；
16、根据腔与原子的耦合强度及原子频率变化部分振幅和频率的贝塞尔函数计算原子与腔相互作用的哈密顿量；
17、根据光子在波导内传输的群速度计算波导的哈密顿量；
18、根据波导与腔的耦合强度计算波导与腔相互作用的哈密顿量。
19、在一个示例性实施例中，所述计算双波导qed系统中光子运动的微分方程组，包括步骤：
20、计算单激励腔-波导空间中系统的本征态；
21、根据双波导qed系统的等效哈密顿量、光子频率和系统的本征态构建薛定谔方程；
22、通过解常规薛定谔方程得到光子运动的微分方程组。
23、在一个示例性实施例中，所述根据微分方程构建双波导qed系统的光子透反射率表达式，包括步骤：
24、单光子以波矢量从m波导左侧入射，得到光子的振幅表达式；
25、当光子到达腔与波导耦合点时入射光子在m波导被反射或者转移到n波导；
26、根据双波导qed系统的微分方程组和光子的振幅表达式计算光子的透反射率表达式，包括光子在m波导的反射率、光子在n波导的透射率和光子在n波导的反射率。
27、在一个示例性实施例中，所述根据双波导qed系统的光子透反射率表达式计算光量子路由的最佳相位值，包括步骤：
28、根据单光子的波导转移与相位的关系计算光子频率与波导转移率的函数关系；
29、光子频率与波导转移率的函数关系计算最大波导转移率对应的光子频率，以此计算光量子路由的最佳相位值。
30、在一个示例性实施例中，所述根据光量子路由的最佳相位值实现动态光量子路由，包括步骤：
31、在波导耦合强度为非对称情况下，利用光子透反射率的表达式计算动态调制的光子路由到各端口时对应的耦合强度值；
32、通过调整耦合强度值改变光子从各端口的出射概率，光子从不同侧射出，实现路由功能。
33、一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述的方法。
34、根据本专利技术的另一个实施例，提供了一种宽频段动态可调的光量子路由系统，包括：
35、双波导qed系统；
36、处理器；
37、存储器；
38、以及
39、一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述方法。
40、本专利技术的宽频段动态可调的光量子路由方法、系统及存储介质具有的优点是：
41、(1)构建原子频率的动态表达式并运用双波导qed系统的等效哈密顿量和薛定谔方程求解出光子在双波导系统的透反射率表达式，相比传统的光量子路由实现方法，可以准确地分析基于时域调制双波导qed系统的单光子动态特性。
42、(2)根据双波导qed系统的微分方程组和光子的振幅表达式计算光子的透反射率表达式，包括光子在m波导的反射率、光子在n波导的透射率和光子在n波导的反射率，相比传统的光量子路由的技术方案，可以有效分析原子频率时域调制对双波导系统中单光子透反射率的影响。
43、(3)在波导耦合强度为非对称情况下，利用光子透反射率的表达式计算动态调制的光子路由到各端口时对应的耦合强度值并通过调整耦合强度值改变光子从各端口的出射概率，相比传统的光量子路由技术方案，可以动态调控任意端口的出射概率，实现单光子路由过程中的动态可调控，提高光量子路由的适用频率范围。
44、(4)根据双波导qed系统的光子透反射率表达式计算光量子路由的最佳相位值并通过调整耦合强度值使光子从不同侧射出从而实现路由功能，相比传统的光量子路由实现方法，可以有效实现光子从输入波导路由到另一输出波导的100％输出，提高量子路由的路由效率。
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1.一种宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述双波导QED系统模型是腔分别与两个波导进行耦合且腔内原子频率进行周期性地变化的系统模型。
3.根据权利要求2所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导QED系统的微分方程，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导QED系统的等效哈密顿量，包括步骤：
5.根据权利要求3所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导QED系统中光子运动的微分方程组，包括步骤：
6.根据权利要求1所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述根据微分方程构建双波导QED系统的光子透反射率表达式，包括步骤：
7.根据权利要求6所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述根据双波导QED系统的光子透反射率表达式计算光量子路由的最佳相位值，包括步骤：
8.根据权利要求7所述的宽频段动态
9.一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-8任一项所述的方法。
10.一种宽频段动态可调的光量子路由系统，其特征在于包括：
...【技术特征摘要】
1.一种宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述双波导qed系统模型是腔分别与两个波导进行耦合且腔内原子频率进行周期性地变化的系统模型。
3.根据权利要求2所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导qed系统的微分方程，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导qed系统的等效哈密顿量，包括步骤：
5.根据权利要求3所述的宽频段动态可调的光量子路由方法，其特征在于，所述计算双波导qed系统中光子运动的微分方程组，包括步骤：
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩珍，严军荣，兰阳，金淮东，徐锡强，毛建洋，
申请(专利权)人：三维通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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