[发明专利]一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置及方法

说明书

一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置及方法，涉及一种光子偏振态密度矩阵的直接测量技术，为了解决量子层析术无法提供直接获取量子物理中相干性方法的问题。待测信号入射至第一状态转换器，经由第一状态转换器转换后的待测信号入射至对角偏振相关位移晶体，经过对角偏振相关位移晶体转换后的待测信号入射至第二状态转换器，经过第二状态转换器转换后的待测信号入射至成像系统，成像系统输出的待测信号入射至第三状态转换器，经过第三状态转换器转换后的待测信号被CCD相机接收。有益效果为该测量方法仅需要两个基底的三次测量，以确定任意选择的密度矩阵元而不考虑系统维数d，是替代层析术而局域化探测潜在混合态的极具吸引力的有效方法。

技术领域

本发明涉及一种光子偏振态密度矩阵的直接测量技术。

背景技术

量子层析术(Quantum State Tomography,QST)是一种测量密度矩阵的标准手段。在QST框架中，通常需要利用大量事先准备的相同量子态样本来进行一系列基于不相容基矢的过完备测量；然后再基于一定的重构算法对测量算法进行拟合而得出量子态的表达式。虽然为了完善QST涌现出了许多工作成果，但是实验装置的可拓展性及重构算法的复杂性使得QST在面对维数很高的系统显得乏力。此外，由于QST进行的是一个全局重构过程。因此无法提供直接获取量子物理中非常感兴趣之相干性的方法，例如：无法提供直接获取量子物理中非对角元的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决量子层析术无法提供直接获取量子物理中相干性方法的问题，提供了一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置及方法。

本发明所述的一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置，包括第一状态转换器、对角偏振相关位移晶体、第二状态转换器、成像系统、第三状态转换器和CCD相机；

待测信号入射至第一状态转换器，经由第一状态转换器转换后的待测信号入射至对角偏振相关位移晶体，经过对角偏振相关位移晶体转换后的待测信号入射至第二状态转换器，经过第二状态转换器转换后的待测信号入射至成像系统，成像系统输出的待测信号入射至第三状态转换器，经过第三状态转换器转换后的待测信号被CCD相机接收；

所述第一状态转换器包括第一竖直偏振相关位移晶体和第一水平偏振相关位移晶体；

第一竖直偏振相关位移晶体：用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号竖直偏振的位移；

第一水平偏振相关位移晶体：用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号水平偏振的位移；

所述x方向为水平方向；

所述第二状态转换器包括第二竖直偏振相关位移晶体和第二水平偏振相关位移晶体；

第二竖直偏振相关位移晶体：用于将入射至第二状态转换器的入射光中竖直偏振分量虑除；

第二水平偏振相关位移晶体：用于将入射至第二状态转换器的入射光中水平偏振分量虑除；

所述第三状态转换器包括球面傅里叶变换透镜、水平柱面傅里叶变换透镜和竖直柱面傅里叶变换透镜；

球面傅里叶变换透镜：用于对成像系统所成的像作二维傅里叶变换；

水平柱面傅里叶变换透镜：用于对成像系统所成的像作水平方向的一维傅里叶变换，竖直方向保持原像；

竖直柱面傅里叶变换透镜：用于对成像系统所成的像作竖直方向的一维傅里叶变换，水平方向保持原像。

本发明所述的一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置的测量方法，该测量方法包括以下步骤：