[发明专利]连续变量量子纠缠源中自动调节经典增益的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体是一种连续变量量子纠缠源中自动调节经典增益的装置和方法。

背景技术

量子信息学是信息科学和量子力学相结合而形成的新兴交叉学科，主要包括量子计算和量子通信。量子通信又主要包括量子离物传态、量子密码术和量子密集编码等。由于量子纠缠源的独特性质，使量子信息在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面具有突破现有经典信息系统极限的能力。

量子纠缠源是量子通信和量子计算的核心，实现连续变量量子信息最重要的关键和难点是制备稳定高效的连续变量量子纠缠态光源。

目前为止，产生连续变量量子纠缠源最普遍的方法是用单频激光器泵浦光学参量振荡器，经非线性过程产生非经典光场。1992年，美国的Kimble小组用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体作为光学参量振荡腔的非线性介质，通过非简并光学参量放大过程，获得两束偏振正交的压缩态光场——纠缠光束。1998年，他们利用阈值以下简并光学参量过程产生两束频率简并的正交位相压缩光，通过50%分束镜耦合获得了连续变量量子纠缠光束。2000年，山西大学光电研究所采用单频双波长的Nd:YAP/KTP激光器泵浦用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体作为非线性介质的光学参量放大器，当光学参量放大器运转于放大状态时，得到正交振幅正关联、正交位相反关联的明亮纠缠光束。

但是，上述工作都处在实验室阶段。目前为止，并没有相关的样机和商业化的连续变量量子纠缠源产品。其主要原因在于连续变量量子纠缠源对控制系统的要求较高，例如光学参量放大器经典增益的调节一般需要人工操作。经典增益的调节一般通过调节光学参量放大器中非线性晶体的温度实现。具体过程如下：当扫描泵浦光与信号光相对相位时，观察并记录一定温度范围内各个工作温度点下光学参量放大器透射信号的峰-峰值（透射信号的最大值用示波器读取，温度点的调节手动完成），综合比较，将非线性晶体的工作温度设定到透射信号峰-峰值最大的工作点上。需要手动操作使连续变量量子纠缠源不具备易操作性，制约了连续变量量子纠缠源的实用化。制约了连续变量量子纠缠源从实验室走向稳定可靠的产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续变量量子纠缠源中自动调节经典增益的装置和方法。

本发明设计的一种连续变量量子纠缠源中自动调节经典增益的装置，包括光学参量放大器1，所述的光学参量放大器1中放置工作温度可调的非线性晶体12和控温炉18，控温炉18通过温度控制器27控制非线性晶体12的温度；温度控制器27通过数/模转换器26与中央处理器24连接，中央处理器24通过模/数转换器21与光电探测器20连接，中央处理器24还连接ROM存储器，非线性晶体温度跟踪程序存储在ROM存储器中；光电探测器20将光学参量放大器1透射的光信号转换为电信号，并通过模/数转换器21输入中央处理器24，中央处理器24执行非线性晶体温度跟踪程序，对信号进行处理并输出，输出的信号经数/模转换器26输入温度控制器27，温度控制器27最终通过控温炉18控制非线性晶体12的温度；

所述的非线性晶体温度跟踪程序，用于根据光学参量放大器1的透射信号跟踪计算光学参量放大器1的经典增益最大时非线性晶体12的温度；其包括初始化模块，判断模块，计算模块，纠错模块；

初始化模块：用于初始化非线性晶体的起始温度、温度变化方向，初始化光学参量放大器1透射信号的最大峰-峰值、上一个峰-峰值；

判断模块：用于根据温度变化前后光学参量放大器1透射信号峰-峰值的比较，确定非线性晶体温度变化的方向；

计算模块：用于根据光学参量放大器1透射信号的峰-峰值与最大峰-峰值，计算非线性晶体的温度变化量，并结合温度变化量与温度变化方向，计算出非线性晶体的下一个工作温度；

纠错模块：用于判断程序执行后得到温度是否超出控温炉的工作范围，如超过控温炉的工作范围，将下一个工作温度设定为控温炉非线性晶体的边界温度；用于在每个循环后设置一定的等待时间，等待非线性晶体的温度达到热平衡状态，防止装置误动作。

所述的控温炉18中设置半导体制冷器和热敏电阻，热敏电阻用来采样控温炉的实际温度值，并将采样的实际温度值与温度控制器27设置的设定温度值比较，得到的误差信号转换为半导体制冷器的控制信号。

本发明提供的一种连续变量量子纠缠源中自动调节经典增益的方法，依次包括如下步骤：

1）初始化非线性晶体12的起始温度、温度变化方向，初始化光学参量放大器1透射信号的最大峰-峰值、上一个峰-峰值；