[发明专利]一种纯度可调的高亮度单向量子导引态的制备方法及应用

权利要求书

1.一种纯度可调的高亮度单向量子导引态的制备方法，其特征在于，所述纯度可调的高亮度单向量子导引态的制备方法包括：

通过双向泵浦Sagnac环中温度设置为30℃的II型PPKTP晶体制备出cosθ|H^e₁|V⁰₂+sinθ|V^o₁|H^e₂的量子态，其中|H^e₁|V⁰₂和|V^o₁|H^e₂的权重通过改变半波片的角度θ调节；

通过倾斜光轴位于0°的半波片HWP来补偿不同偏振的光子由于群速度不同引起的时间走离；通过调节Sagnac环的干涉可见度来控制顺时针和逆时针泵浦时参量下转换光的空间重合度；

让1路和2路光子在偏振分束上进行相干叠加，除去o光和e光的频率关联；2块3nm的干涉滤光片用来滤除泵浦光和其它背景噪声；通过调节安装在一维微米位移台上的三棱镜的位置，使得1路和2路光子在时间和空间上完全不可区分；

将保偏后的6路光进入纯度系数控制装置(b)，动态调节量子态的纯度系数；利用2块光轴平行于|H光振动方向的方解石和1块快轴位于22.5°的半波片构成退极化信道，7路光进入退极化信道后完全退相干；

用一块银镜将7路光和8路光耦合同时耦合进多模光纤，7路光和8路光沿银镜边缘通过，并精细调节7路光的反射银镜，使7路光和8路光近平行，即可制备得到高亮度和保真度的两比特单向导引态；具体过程如下：

中心波长为λ、偏振为竖直偏振|V的泵浦光经光轴与水平方向成θ角的半波片后其偏振态可以表示为sinθ|H+cosθ|V；

接着泵浦光进入偏振分束器PBS、半波片HWP、两反射元件以及II型PPKTP晶体组成的双向泵浦Sagnac干涉环中；Sagnac干涉环中的PBS透过水平偏振|H的光、反射竖直偏振|V的光；

由于PPKTP只对水平偏振|H的泵浦光产生参量下转换，因此由Sagnac干涉环中的PBS反射的逆时针方向的反射路中的HWP的光轴需与水平方向成π/4；

水平偏振|H的泵浦光透过Sagnac干涉环中的PBS后，经两反射元件之一反射进入泵浦Sagnac环中II型PPKTP进行参量下转换，通过调节PPKTP的温度产生一对波长为2λ沿顺时针传播的参量光子；

经两反射元件中的另一反射，这对光子经环内的HWP和PBS后，一个反射到1路，即|V^o₁；另一个直接透射至2路即|H^e₂；

竖直偏振|V的泵浦光经PBS反射后通过环内HWP后变为水平偏振|H，所述两反射元件中的另一反射后，类似地通过II型PPKTP产生一对沿逆时针传播的参量光子，经所述两反射元件之一反射后经PBS后一个直接透射到1路，即|H^e₁，另一个反射至2路，即|V^o₂；此时参量光的量子态可以表示为cosθ|H^e₁|V^o₂+sinθ|V^o₁|H^e₂：

随后1路和2路的光子分别经过一块光轴位于0和π/4的HWP后，1路的光子偏振保持不变，2路光子的水平偏振和竖直偏振相互转换，此时参量光的量子态可以表示为cosθ|H^e₁|H^o₂+sinθ|V^o₁|V^e₂；

紧接着1路和2路光子分别通过反射镜和三棱镜后，在第二块PBS处进行相干叠加，该第二块PBS透过水平偏振|H的光、反射竖直偏振|V的光：1路的|H^e₁和|V^o₁光子经过该第二块PBS后分别达到4路和3路；2路的|H^o₂和|V^e₁经过该第二块PBS后分别达到3路和4路，参量光的量子态可以表示为cosθ|H^o₃|H^e₄+sinθ|V^o₃|V^e₄；

接下来，o光和e光从两个不同的输出端离开：3路中的o光到达5路直接进入由四分之一波片QWP、半波片和偏振分束器组成量子态层析装置；4路中的e光经保偏后到达6路进入纯度系数控制装置，保偏后的参量光的量子态可以表示为cosθ|H^o₅|H^e₆+sinθ|V^o₅|V^e₆；

保偏后的6路光经纯度系数控制装置中的PBS后，水平偏振的光|H沿逆时针方向，竖直偏振的光|V沿顺时针方向；两个方向的光经过纯度系数控制装置中光轴与水平方向成α的半波片后，逆时针方向|H→cosa|H+sina|V，顺时针方向|V→-sinα|H+cosα|V；第二次在PBS处重合后，逆时针方向中的水平偏振光|H和顺时针中的竖直偏振光|V到达7路，逆时针方向中的竖直偏振光|V和顺时针中的水平偏振光|H到达8路；此时，5路和8路的量子态写为cosθ|H^o₅|H^e₈+sinθ|V^o₅|V^e₈，与初态一致，权重为cos²α；5路和7路的量子态可以写为cosθ|H^o₅|H^e₇-sinθ|V^o₅|V^e₇，权重为sin²α；通过调节半波片的α能够在不损耗总光强的情况下任意的控制7路和8路光的权重。