【技术实现步骤摘要】
本公开的至少一种实施例涉及量子信息处理，更具体地涉及一种全同单光子源的制备装置、制备方法以及纠缠光子源的制备方法。
技术介绍
1、在量子信息和量子通信领域中，单光子源和纠缠光子源都是量子硬件的必要组成部分。对于线性光量子计算，对单光子的数量和质量都有着极高的要求，以及由于光子与环境的相互作用很弱，所以难以实现光子-光子相互作用，目前都是利用hom效应实现光子干涉在后选择上实现双量子门，而基于测量的光量子计算模型的资源是集群状态，一种被高度纠缠的光子态，然后通过单比特测量和前馈实现计算，为了实现计算，集群状态的光子必须按照特定的顺序和基础被测量；而对于量子通信需要确定性的、全同的单光子源来实现可扩展的量子通信链路，量子密钥分发也对单光子源的质量和纠缠光子源提出了高要求，确定性的单光子源可以在长距离上提高安全比特率；而单光子源和纠缠光子源的发展也有利于量子网络的发展，推动分布式量子计算机的发展。
2、单光子源是指单次只会发射出一个光子的光源，对于产生单光子的方式，都有多种技术、材料和工艺来实现，其中大致可以分成两类，“自然”类和“工程”类，其中“自然”类可以使用原子或者分子实现，“工程”包括半导体量子点，二维材料缺陷等。而对于“工程”类，由于制造工艺的限制，难以获得大量且全同的单光子源。而“自然”类的原子本身就是全同的，所以利用原子并且结合原子阵列技术可以实现大规模的单光子源阵列，以及利用这类人工材料如二维材料，获得低维度的光子纠缠态比较简单，但是难以获得高维度的光子纠缠态，而在类原子体系下，可以利用单个类原子间的相互作
3、现有技术中难以获得全同的单光子源阵列和高维度的纠缠光子源，并且现有技术中单光子源阵列中的类原子（单原子、单离子、超原子、一维光晶格中的原子或者半导体量子点）自发辐射出的单光子收集及导出效率较低。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种全同单光子源的制备装置，能够制备出全同的单光子源阵列，并能够提高单光子源阵列中的类原子自发辐射出的单光子收集及导出效率。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种全同单光子源的制备装置，包括：
3、第一激光器，适用于提供初始激光束；
4、磁光阱，适用于获得原子团；
5、调制组件，适用于在外部调制信号的作用下调制上述初始激光束，获得多束第一激光束；
6、第一物镜，适用于聚焦多束上述第一激光束，使得多束上述第一激光束在上述第一物镜的焦点处形成多个第一光斑，多个上述第一光斑形成光学偶极阱阵列，上述光学偶极阱阵列适用于捕获上述原子团中的原子以形成单原子阵列；以及
7、波导阵列，适用于收集上述单原子阵列在外部输入的第二激光束照射下被激发产生的荧光，以形成全同的上述波导阵列辅助收集的单光子源阵列；
8、其中，上述每个单光子源相互独立、并与上述波导阵列中的每根波导呈现一对一的映射关系。
9、根据本公开的实施例，上述全同单光子源的制备装置还包括校准组件，上述校准组件适用于接收来自于上述波导阵列的第三激光束，使得上述第一激光束在上述校准组件中的成像面形成的第二光斑与上述第三激光束在上述校准组件中的成像面形成的第三光斑处于同一焦平面，以提高上述波导阵列收集上述荧光的效率。
10、根据本公开的实施例，上述校准组件包括：
11、第二物镜，适用于准直上述第三激光束；
12、第一透镜，适用于聚焦经上述第二物镜准直后的上述第三激光束；以及
13、相机，适用于分别对上述第一激光束和上述第三激光束进行成像，以获得上述第二光斑和上述第三光斑。
14、根据本公开的实施例，上述调制组件包括：
15、声光调制组件，适用于在外部施加的调制信号的作用下调制上述初始激光束，获得与上述调制信号中的频率的数量相同的多束衍射激光束；以及
16、透镜组，适用于对上述衍射激光束扩束，获得上述第一激光束。
17、根据本公开的实施例，通过调整上述声光调制组件的角度以及上述调制信号中的频率的间距，使得上述波导阵列中的每根波导与上述光学偶极阱阵列一一对应。
18、根据本公开的实施例，上述调制组件还包括：
19、反射镜，适用于反射上述第一子激光束；以及
20、二向色镜，适用于透射上述第一子激光束，反射来自于上述单原子阵列的上述荧光。
21、根据本公开的实施例，上述全同单光子源的制备装置还包括第二透镜，适用于聚焦由上述二向色镜反射的上述荧光，以使上述荧光被上述波导阵列收集。
22、根据本公开的实施例，上述波导阵列包括以下任一或组合：飞秒激光直写波导阵列、飞秒激光刻蚀波导阵列、氮化硅芯片以及铌酸锂芯片。
23、根据本公开的第二方面，提供了一种全同单光子源的制备方法，包括：
24、利用第一激光器提供初始激光束；
25、利用磁光阱获得原子团；
26、利用调制组件在外部调制信号的作用下调制上述初始激光束，获得多束第一激光束；
27、利用第一物镜聚焦多束上述第一激光束，使得多束上述第一激光束在上述第一物镜的焦点处形成多个第一光斑，多个上述第一光斑形成光学偶极阱阵列，上述光学偶极阱阵列适用于捕获上述原子团中的原子以形成单原子阵列；以及
28、利用波导阵列收集上述单原子阵列在外部输入的第二激光束照射下被激发产生的荧光，以形成全同的上述波导阵列辅助收集的单光子源阵列；
29、其中，上述每个单光子源相互独立、并与上述波导阵列中的每根波导呈现一对一的映射关系。
30、根据本公开的第三方面，提供了一种纠缠光子源的制备方法，包括：利用共振光将由上述全同单光子源的制备装置获得的全同单光子源中的多个单原子激发至里德堡态，以使多个上述单光子源之间发生偶极相互作用，从而获得纠缠光子源。
31、根据本公开的实施例，通过利用第一激光器提供初始激光束，利用磁光阱获得原子团，利用调制组件在外部调制信号的作用下调制初始激光束，获得多束第一激光束，利用第一物镜聚焦多束第一激光束，使得多束第一激光束在第一物镜的焦点处形成多个第一光斑，多个第一光斑形成光学偶极阱阵列，光学偶极阱阵列用于捕获原子团中的原子以形成单原子阵列，利用波导阵列收集单原子阵列在外部输入的第二激光束照射下被激发产生的荧光，以形成全同的波导阵列辅助收集的单光子源阵列，其中，每个单光子源相互独立、并与波导阵列中的每根波导呈现一对一的映射关系，成功制备了全同的单光子源阵列，并提高了单光子源阵列中的类原子自发辐射出的单光子收集及导出效率。
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1.一种全同单光子源的制备装置，包括：
2.根据权利要求1所述的全同单光子源的制备装置，还包括校准组件，所述校准组件适用于接收来自于所述波导阵列的第三激光束，使得所述第一激光束在所述校准组件中的成像面形成的第二光斑与所述第三激光束在所述校准组件中的成像面形成的第三光斑处于同一焦平面，以提高所述波导阵列收集所述荧光的效率。
3.根据权利要求2所述的全同单光子源的制备装置，其中，所述校准组件包括：
4.根据权利要求1所述的全同单光子源的制备装置，其中，所述调制组件包括：
5.根据权利要求4所述的全同单光子源的制备装置，其中，通过调整所述声光调制组件的角度以及所述调制信号中的频率的间距，使得所述波导阵列中的每根波导与所述光学偶极阱阵列一一对应。
6.根据权利要求5所述的全同单光子源的制备装置，其中，所述调制组件还包括：
7.根据权利要求1-6中任一项所述的全同单光子源的制备装置，其中，还包括第二透镜，适用于聚焦由所述二向色镜反射的所述荧光，以使所述荧光被所述波导阵列收集。
8.根据权利要求1所述的全同单
9.一种全同单光子源的制备方法，包括：
10.一种纠缠光子源的制备方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种全同单光子源的制备装置，包括：
2.根据权利要求1所述的全同单光子源的制备装置，还包括校准组件，所述校准组件适用于接收来自于所述波导阵列的第三激光束，使得所述第一激光束在所述校准组件中的成像面形成的第二光斑与所述第三激光束在所述校准组件中的成像面形成的第三光斑处于同一焦平面，以提高所述波导阵列收集所述荧光的效率。
3.根据权利要求2所述的全同单光子源的制备装置，其中，所述校准组件包括：
4.根据权利要求1所述的全同单光子源的制备装置，其中，所述调制组件包括：
5.根据权利要求4所述的全同单光子源的制备装置，其中，通过调整所述声光调制组件的角度以及所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡亚东，王竹博，马东祺，韩正甫，邹长铃，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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