【技术实现步骤摘要】
本申请属于量子信息，具体而言，涉及一种分散化量子行走系统。
技术介绍
1、作为经典随机行走在量子世界的对应，量子行走在量子相干性和纠缠的作用下，能够以更快的速度使行走者遍历所有位置，可以应用于实现各类算法，加速解决各类问题。此外，作为描述微观粒子动力学演化的有效模型，量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化，实现量子态制备，量子逻辑门操作和量子测量等，进而实现信息处理中所有关键步骤。
2、现有的量子行走实现方式主要是基于偏振编码的空间光器件组成的光学系统，如中国专利技术专利申请“一种基于光量子行走的量子随机数产生系统及方法”(申请号：cn202311122169.x)中，采用偏振分束器、二分之一波片、光纤耦合器、光束偏移器等空间光器件构建量子行走系统。然后当量子行走的次数增加，所需要的空间光器件数量线性增加、光束偏移器的晶体厚度越来越大，系统的总体积变得庞大，各种空间光器件的安装精度也影响了量子行走的稳定性，不利于实现实用化和产业化。为了实现大规模、稳定的量子随机行走，促进其实现产业化，近年来有研究人员提出利用集成光子技术制备量子随机行走芯片，由于片上光器件体积远小于空间光器件体积，且排布更加紧凑，光路相对稳定，能够提高量子行走的稳定性，减小系统体积。集成光子芯片往往利用现有cmos工艺产线进行生产加工，芯片尺寸受到光刻机曝光场的限制。另外由于光波导对光束缚能力的问题，其尺寸比电子学器件的尺寸大几个数量级，因此现有光子集成芯片单片集成的器件数量有限（相比于电子学芯片上亿量级器件），无法实现更大规模的量子行走芯片。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供一种分散化量子行走系统，其具体方案如下：
2、本申请公开了一种分散化量子行走系统，包括第一量子行走网络、第一光延时阵列、第一光开关、量子光通道、第二光开关、第二光延时阵列、第二量子行走网络；
3、第一量子行走网络包括两个初态输入端、n级路径选择阵列级联组成的光子网络以及2n个中间态输出端口，分别用于输入量子行走的初始态光子、完成n次量子行走操作以及输出n次量子行走之后的中间态光子，其中n为大于1的整数；
4、第一光延时阵列包括2n个一次光子延时单元，与2n个中间态输出端口一一对应连接，用于对各个中间态输出端口输出的中间态光子进行不同时间的延迟；
5、第一光开关包括2n个输入端与一个输出端，分别连接2n个一次光子延时单元与量子光通道，用于将延时后的中间态光子合并至同一路径，并经由量子光通道传输至第二光开关；
6、第二光开关包括一个输入端与2n个输出端，分别连接量子光通道与第二光延时阵列，用于根据预设时序先后将所述量子光通道传输的中间态光子分别发送至第二光延时阵列；
7、第二延时阵列包括2n个二次光子延时单元，与第二光开关的2n个输出端一一对应连接，用于对所述第二光开关的2n个输出端输出的中间态光子进行不同时间的延迟，且各个中间态光子总延时相等；
8、第二量子行走网络包括2n个中间态输入端、m级路径选择阵列级联组成的光子网络以及(2n+2m)个量子行走态输出端，分别用于接收中间态光子并继续进行量子行走操作、完成m次量子行走操作以及用于输出(n+m)次量子行走之后的光子，其中m为大于0的整数。
9、进一步地，第一量子行走网络中第n级路径选择阵列包括并列排布的2n-1个路径选择单元，第二量子行走网络中第m级路径选择阵列包括并列排布的(2n-1+m)个路径选择单元。
10、进一步地，路径选择单元包括一个相位调制器和一个50:50分束器，50:50分束器包括输入上端、输入下端、输出上端、输出下端；
11、相位调制器连接在50:50分束器的输入下端，用于输入路径选择单元的光子进行量子行走的硬币投掷操作，其对应的硬币投掷算符为：
12、；
13、其中，为相位调制器所调制的相位值；
14、50:50分束器用于对输入其中的光子进行量子行走中的移位操作，其对应的位移算符为：
15、，
16、其中，x表示光子的路径编号，或表示硬币态，当硬币态是，光子行走到位置；当硬币态是，行走者走到位置。
17、优选地，第一光延时阵列中的第1个一次光子延时单元至第2n个一次光子延时单元的延迟时间依次为0、τ、2τ......(2n-1)τ。
18、优选地，量子光通道为传输光纤，第一光开关和第二光开关通过边缘耦合或光栅耦合的方式与传输光纤形成光学连接。或者，量子光通道为光波导芯片，光波导芯片包括平面波导或三维波导，第一光开关和第二光开关通过边缘耦合或光栅耦合的方式与光波导芯片形成光学连接。
19、优选地，第一光开关由多个mz干涉仪级联组成，mz干涉仪包括两个输入端和两个输出端，用于将任一输入端输入的光子从同一输出端输出。第二光开关由多个mz干涉仪级联组成，mz干涉仪包括两个输入端和两个输出端，用于预设时序将其中一个输入端输入的光子从两个输出端分别输出。
20、优选地，第一量子行走网络、第一光延时阵列、第一光开关集成在一颗芯片上，第二光开关、第二光延时阵列、第二量子行走网络集成在一颗光芯片上。
21、进一步地，控制模块，控制模块电连接第一光开关和第二光开关，用于控制第一光开关和第二光开关对光子路径进行调节；控制模块还与路径选择单元电连接，用于控制量子行走中的每一次硬币投掷操作。
22、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
23、本申请提供了一种分散化量子行走系统，分散化量子行走系统包括第一量子行走网络、第一光延时阵列、第一光开关、量子光通道、第二光开关、第二光延时阵列、第二量子行走网络，在第一量子行走网络形成通过光子路径代表的量子行走中间态，然后通过第一光延时阵列、第一光开关将处于中间态的光子按时间编码，合并成同一路径的光信号并通过量子光通道传输，然后通过第二光开关和第二光延时阵列将光信号解码，还原为原来通过光子路径代表的量子行走中间态，随后在第二量子行走网络中继续进行量子行走。基于上述方案可知，本申请通过量子行走中间态的编码、远程量子通道传输和解码，实现了分散化的量子行走系统和分散化量子行走方法，在第一量子行走网络和第二量子行走网络分别完成了部分量子行走过程，并且两个量子行走网络共同配置量子行走的行走过程，实现了远程控制与协同。由于第一量子行走网络和第二量子行走网络是分立的两个子系统，通过量子光通道连接，因此可以突破现有集成光子电路对单片集成器件数量的限制，可以利用多个光子集成电路扩展量子行走的规模，实现更大规模的量子随机行走过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分散化量子行走系统，其特征在于，包括依次连接的第一量子行走网络、第一光延时阵列、第一光开关、量子光通道、第二光开关、第二光延时阵列、第二量子行走网络；
2.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，第一量子行走网络中第N级路径选择阵列包括并列排布的2N-1个路径选择单元，第二量子行走网络中第M级路径选择阵列包括并列排布的(2N-1+M)个路径选择单元。
3.根据权利要求2所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述路径选择单元包括一个相位调制器和一个50:50分束器，所述50:50分束器包括输入上端、输入下端、输出上端、输出下端；
4.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述第一光延时阵列中的第1个一次光子延时单元至第2N个一次光子延时单元的延迟时间依次为0、τ、2τ......(2N-1)τ。
5.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述量子光通道为传输光纤，所述第一光开关和所述第二光开关通过边缘耦合或光栅耦合的方式与所述传输光纤形成光学连接。
6.根据权
7.根据权利要求2所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述第一光开关由多个MZ干涉仪级联组成，所述MZ干涉仪包括两个输入端和两个输出端，用于将任一输入端输入的光子从同一输出端输出。
8.根据权利要求2所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述第二光开关由多个MZ干涉仪级联组成，所述MZ干涉仪包括两个输入端和两个输出端，用于预设时序将其中一个输入端输入的光子从两个输出端分别输出。
9.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述第一量子行走网络、所述第一光延时阵列、所述第一光开关集成在一颗芯片上，所述第二光开关、所述第二光延时阵列、所述第二量子行走网络集成在一颗光芯片上。
10.根据权利要求7或8所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块电连接所述第一光开关和所述第二光开关，用于控制第一光开关和所述第二光开关对光子路径进行调节；
...【技术特征摘要】
1.一种分散化量子行走系统，其特征在于，包括依次连接的第一量子行走网络、第一光延时阵列、第一光开关、量子光通道、第二光开关、第二光延时阵列、第二量子行走网络；
2.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，第一量子行走网络中第n级路径选择阵列包括并列排布的2n-1个路径选择单元，第二量子行走网络中第m级路径选择阵列包括并列排布的(2n-1+m)个路径选择单元。
3.根据权利要求2所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述路径选择单元包括一个相位调制器和一个50:50分束器，所述50:50分束器包括输入上端、输入下端、输出上端、输出下端；
4.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述第一光延时阵列中的第1个一次光子延时单元至第2n个一次光子延时单元的延迟时间依次为0、τ、2τ......(2n-1)τ。
5.根据权利要求1所述的一种分散化量子行走系统，其特征在于，所述量子光通道为传输光纤，所述第一光开关和所述第二光开关通过边缘耦合或光栅耦合的方式与所述传输光纤形成光学连接。
6.根据权利要求1所述的一种分散化量...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁禹阳，刘午，
申请(专利权)人：合肥硅臻芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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