[发明专利]利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法和装置

说明书

一种利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法和装置，所述方法包括：(1)获得不同频率的两束脉冲光；(2)将所述脉冲光的强度放大；(3)调节两束脉冲光的相对延时使所述两束脉冲光同步，并将两束脉冲光的偏振方向调节为一致；(4)将所述脉冲光引入Sagnac环中，每束脉冲光都被分成沿着不同方向绕行的两束光，并在三阶非线性介质的自发四波混频作用下产生光子对，然后将从不同方向返回的脉冲光合束并引出所述Sagnac环即得到所述频率简并多光子纠缠源。本发明具有较高的稳定性和扩展性，能够达到空间光学中难以实现的复杂度，具有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于量子集成光学领域，提出了一种利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法和装置，可以在量子信息处理中得到应用。

背景技术

目前，多光子纠缠态制备技术多使用二阶非线性晶体如BBO在空间光学中实现，这一方法对实验条件要求高，价格昂贵，并在稳定性和扩展性上面临着困难。最近有研究组利用集成器件中的三阶非线性效应来制备频率非简并的多光子纠缠态，这一技术克服了空间光子学稳定性和扩展性的问题。但是，相对于频率简并的量子态，非简并量子态应用范围较窄，特别是无法应用于需要多个全同光子量子干涉的光量子计算领域。要利用集成器件中三阶非线性效应制备简并多光子量子态，需要用到两束脉冲光泵浦，该技术尚未应用于集成多光子纠缠源的制备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法和装置，可以提高空间光子学稳定性和扩展性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提出了一种利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法，包括：

(1)获得不同频率的两束脉冲光；

(2)将所述脉冲光的强度放大；

(3)调节两束脉冲光的相对延时使所述两束脉冲光同步，并将两束脉冲光的偏振方向调节为一致；

(4)将所述脉冲光引入Sagnac环中，每束脉冲光都被分成沿着不同方向绕行的两束光，并在三阶非线性介质的自发四波混频作用下产生光子对，然后将从不同方向返回的脉冲光合束并引出所述Sagnac环即得到所述频率简并多光子纠缠源。

进一步地，步骤(1)包括从宽带激光中过滤出不同频率的两束脉冲光并将两束脉冲光合束。

进一步地，步骤(3)包括将放大后的所述脉冲光按频率分割，利用延时调节装置调节所述两束脉冲光的相对延时使所述两束脉冲光同步，并利用偏振控制器将所述两束脉冲光的偏振方向调节为一致，然后将所述两束脉冲光合束。

进一步地，步骤(4)中所述两束脉冲光通过环形器引入Sagnac环，从不同方向返回的脉冲光合束后经所述环形器引出所述Sagnac环。

进一步地，所述方法还包括通过改变所述脉冲光的强度获得不同光子数的频率简并多光子纠缠源。

另一方面，本发明提出了一种利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的装置，包括：光源、光放大器、环形器和Sagnac环，其中，所述光源与所述光放大器之间设置有第一波分复用器和第二波分复用器，所述第一波分复用器用于从所述光源发射的脉冲光中过滤出不同频率的两束脉冲光；所述第二波分复用器用于将所述两束脉冲光合束；

所述光放大器和所述环形器之间设置有第三波分复用器和第四波分复用器，所述第三波分复用器用于将来自所述光放大器的脉冲光分割为不同频率的两束脉冲光，其中一束脉冲光经第一偏振控制器进入第四波分复用器；另一束脉冲光经延时调节装置和第二偏振控制器进入第四波分复用器；所述第四波分复用器用于将所述两束脉冲光合束；

所述环形器用于将所述脉冲光引入所述Sagnac环，并从所述Sagnac环中引出频率简并多光子纠缠源；