[发明专利]一种基于双压缩符合测量的纠缠成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纠缠光和符合测量领域，特别涉及一种基于双压缩符合测量的纠缠成像系统及方法。

背景技术

空间纠缠双光子通常是由自发参量（Spontaneous Parametric Down-Conversion，SPDC）下转换产生的，能很好地体现爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（Einstein-Podolsky-Rosen，EPR）性质的双光子位置之间的关联或者双光子动量之间的关联。对其中一个光子的测量，便可以推算出该光子对中另一个光子的状态，这种特性很好地提高了通信的安全性。利用EPR效应，即制备一对EPR关联光子对，通信双方具有确定、不变的关联，如测得其中一个光子的极化态是向上的，则在同一时刻在遥远的位置处的另一个光子的极化态必定朝下，且不随时间和空间的变化而改变，因而，可以利用两个具有确定关联关系的光场构建通信双方间的共享密钥的信息载体，任何窃听都将会破坏这种关联而被发现，而这个方案就是著名的E91协议。正由于这个特性，纠缠双光子在量子密钥分发、鬼成像、量子计算、量子通信中有着广泛的应用。

实验上想捕捉到SPDC的状态是极其困难的，因为纠缠光子对的生成效率极低，光强极弱，探测器的分辨能力也有限，雪崩二极管阵列尚不成熟，阵列规模也十分有限，而CCD的感光灵敏度并不高，无法探测到单光子的关联。因而常规的空间纠缠通过机械扫描单光子点探测器测量出空间关联性。一般扫描一个32×32像素的区域需要310天，这在很大程度上限制了该研究领域的发展。

Dixon等人提出可以仅对感兴趣的区域上的关联进行扫描测量，尽管没有进行全场的测量，但他们也指出了纠缠光关联的一个重要属性，即无论是位置关联还是动量关联，探测器上的像素对的关联分布是较为稀疏的。而近年来由Donoho、Candes、Tao等人所提出压缩感知理论恰恰适用于稀疏信号的重建，利用自然信号可在某个基下稀疏表示的特性，仅需少量的采样数（远低于奈奎斯特/香农采样定理的极限）便可完美恢复原始信号。

在现有技术中尚不存在利用压缩感知原理对信号光路和闲置光路的总光强进行双压缩采样，建立起基于符合测量值和两路二值随机矩阵的压缩感知模型进而实现量子纠缠成像的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于双压缩符合测量的纠缠成像系统与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于双压缩符合测量的纠缠成像系统，包括激光器1、非线性晶体2、窄带滤光片3、分束器4、第一组成像透镜5-1、第二组成像透镜5-2、第一空间光调制器6-1、第二空间光调制器6-2、第一组会聚收光透镜7-1、第二组会聚收光透镜7-2、第一点探测器8-1、第二点探测器8-2、符合测量电路9以及算法模块10；其中，

所述激光器1产生泵浦光，经所述非线性晶体2的自发参量下转换SPDC生成纠缠光子对，通过所述窄带滤光片3后被所述分束器4分成信号光路和闲置光路，然后分别由所述第一组成像透镜5-1、第二组成像透镜5-2将光投射到所述第一空间光调制器6-1和第二空间光调制器6-2上；所述第一空间光调制器6-1和第二空间光调制器6-2在所加载的二值随机矩阵的控制下对所接收的光进行调制，然后由所述第一组会聚收光透镜7-1、第二组会聚收光透镜7-2分别将所述第一空间光调制器6-1和第二空间光调制器6-2调制后的光收集到所述第一点探测器8-1、第二点探测器8-2上，由所述第一点探测器8-1、第二点探测器8-2将其转为电信号，所得到的电信号输入所述符合测量电路9，由所述符合测量电路9输出符合测量值，最后所述算法模块10根据推算出的测量矩阵和测量值，运用压缩感知算法重建空间关联系数分布。

上述技术方案中，所述第一组成像透镜5-1、第二组成像透镜5-2的位置能够调整，使得所述非线性晶体2和第一空间光调制器6-1分别处在所述第一组成像透镜5-1的物平面和像平面上，所述非线性晶体2和第二空间光调制器6-2分别处在所述第二组成像透镜5-2的物平面和像平面上，从而能够探测位置关联的性质。

上述技术方案中，所述第一组成像透镜5-1、第二组成像透镜5-2的位置能够调整，使得所述非线性晶体2和第一空间光调制器6-1分别处在所述第一组成像透镜5-1的物平面和焦平面上，所述非线性晶体2和第二空间光调制器6-2分别处在所述第二组成像透镜5-2的物平面和焦平面上，从而能够探测动量关联的性质。