[发明专利]一种N00N态制备装置

说明书

一种N00N态制备装置，属于N00N态制备领域。解决了目前制备N00N态的装置结构复杂，且只能制备特定光子数的N00N态，可拓展性差的问题。本发明包括激光器、起偏器、第一50:50分光棱镜、倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片、第一反射镜、第二反射镜、衰减片、相移器以及第二50:50分光棱镜；相移器出射的相位及光强可调的相干态光束与经第一反射镜反射后，输出的压缩真空光束在第二50:50分光棱镜处干涉，获得N00N态的激光光束。本发明应用于量子信息学领域。

技术领域

本发明属于N00N态制备领域。

背景技术

N00N态是一种双模光子态，处于这种态的n个光子要么处于模式1，要么完全处于模式2。这种光子态的应用很多，最典型的是用于相位估计中实现海森堡极限的估计灵敏度。N00N态的n越大，包含的光子数越多，所能达到的相位估计灵敏度就越高。目前制备N00N态的装置大多结构复杂，可拓展性差，一套装置只能制备包含特定光子数的N00N态，在实际应用时有很多局限。

发明内容

本发明是为了解决目前制备N00N态的装置结构复杂，且只能制备特定光子数的N00N态，可拓展性差的问题，本发明提供了一种N00N态制备装置。

一种N00N态制备装置，它包括激光器、起偏器、第一50:50分光棱镜、倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片、第一反射镜、第二反射镜、衰减片、相移器以及第二50:50分光棱镜；

激光器产生的脉冲激光经起偏器起偏后变为线偏振光，然后入射至第一50:50分光棱镜后，分为两束；

其中，经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片后，获得压缩真空光束，该压缩真空光束入射至第一反射镜，经第一反射镜反射后，入射至第二50:50分光棱镜；

激光器输出的脉冲激光的波长为λ，且与经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光的和压缩真空光束的波长相同；

经第一50:50分光棱镜反射的一束线偏振光，入射至第二反射镜，经第二反射镜反射后，依次通过衰减片及相移器后，获得相位及光强可调的相干态光束，该相干态光束入射至第二50:50分光棱镜；

压缩真空光束和相干态光束在第二50:50分光棱镜处干涉，获得N00N态的激光光束；

通过调整相干态光束与压缩真空光束的光强比来制备不同n值的N00N态，n为光子数。

优选的是，短波滤波片输出的压缩真空光束的波长与激光器输出的光束的波长一致。

优选的是，短波滤波片输出的压缩真空光束的波函数|ξ>为：

相位及光强可调的相干态光束的波函数|α>为：

其中，cosh表示双曲余弦函数，tanh表示双曲正切函数，r表示压缩系数，|2m>表示包含2m个光子的Fock态波函数，m为整数，α＝|α|exp(iθ)，θ为光束相位，|n>代表包含n个光子的Fock态波函数，i表示虚数单位，α表示相干态模长。

优选的是，所述θ的取值范围为[0，2π]。

优选的是，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|²/r取值为1时，可制备出包含两个和三个光子混合的N00N态。

优选的是，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|²/r取值为时，可制备包含四个光子N00N态。