[发明专利]单量子比特完备互相无偏基的实现装置

说明书

技术领域

本发明属于量子秘钥分发，量子态层析，量子通信等涉及光学系统下单量子比特互相无偏基的领域，尤其涉及一种单量子比特完备互相无偏基的实现装置。 

背景技术

量子通信是量子信息的核心内容之一，它为信息的安全传输提供了新的方法。自从BB84量子密钥分配方案被提出之后，量子通信在理论上和实验上取得了大量的研究成果。互相无偏基在量子秘钥分发中作为量子秘钥的载体，是保证量子通信绝对安全的因素之一。 

此外，量子态是量子信息任务的基本载体。量子态的识别需要用到量子态层析技术，完备的互相无偏基是量子态层析中最优的固定测量基之一。采用完备的互相无偏基测量得到的实验数据重构出来的量子态的误差在平均意义上最小。 

当前的量子通信研究工作中，采用一个偏振片和一个半波片或者一个四分之一波片可以实现两个互相无偏基，如图1所示(见参考文献1)。但是对于三个互相无偏基(构成完备的互相无偏基)，当前只能采用四分之一波片和半波片的两波片组合与偏振片才能实现(见参考文献2)。然而，由于波片数目越多，引入的实验误差越大。此外，两波片组合和偏振片实现方式成本也较高，调节不便。 

参考文献1：Gisin N，Ribordy G G，Tittel W and Zbinden H 2002 Rev.Mod.Phys.74145-195 

参考文献2：Damask J N 2005 Polarization optics in telecommunications(New York：Springer) 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是如何用一个波片和一个偏振片实现单个 偏振量子比特完备互相无偏基。 

(二)技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种单量子比特完备互相无偏基的实现装置。该实现装置由一个波片和偏振片构成：波片的相位为δ，入射光正入射波片；偏振片位于波片的光路后端，用于将由波片入射光中的沿水平方向偏振的成分与沿竖直方向偏振的成分分离；其中，定义波片的光轴相对于水平方向的角度为θ，当该θ取值分别为θ₁，θ₂，θ₃时，实现单个量子比特的三个测量基，该三个测量基构成完备互相无偏基。 

(三)有益效果 

从上述技术方案可以看出，本发明单量子比特完备互相无偏基的单波片实现装置具有以下有益效果： 

(1)可以直观理解为系统误差主要来自于不完美的实验装置，而仪器越少，引入的误差越少。本发明中仅仅采用了一个波片来实现量子比特完备互相无偏基，与传统的实现方法相比，平均误差减小到原来的一半； 

(2)单个波片实现装置节省了一个波片，降低了成本，并且每次只需要对一个波片转动角度，极大的方便实验操作。 

附图说明

图1为现有技术采用四分之一波片1和半波片2构成的波片组合与偏振片3实现完备互相无偏基的示意图； 

图2为根据本发明实施例采用单个波片和偏振片的单量子比特完备互相无偏基实现装置的结构示意图； 

图3为图2所示单量子比特完备互相无偏基实现装置中波片的框架势Φ(δ)与相位δ的关系； 

图4a和图4b为图2所示单量子比特完备互相无偏基实现装置中波片实现完备互相无偏基时所对应的角度与波片相位的关系，其中，图4a和图4b各表示一类解。 

【主要元件符号说明】 

1-四分之一波片；  2-半波片； 

3-偏振片；        4-波片。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。 

本发明通过合理选择波片的相位以及旋转角度，实现了量子比特完备互相无偏基。