[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

说明书

本发明属于量子信息技术领域，公开了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，通过双向泵浦Sagnac环中温度设置为30℃的II型PPKTP晶体制备量子态；将保偏后的5路光进入sagnac干涉仪，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，精细调节7路光的反射银镜，使7路光和8路光近平行，得到高亮度和保真度的两比特单向导引态。本发明提高量子态的亮度、保真度和稳定性，消除分束器对不同偏振光透反比不同带来的误差。

技术领域

本发明属于量子信息技术领域，尤其涉及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。

背景技术

目前，量子导引是一种介于量子纠缠和Bell非局域性之间的非局域量子关联，描述了对一个粒子进行局域测量能够非局域地影响另一个粒子量子态的能力,且其测量结果无法用局域隐态(LHS)模型来解释。不同于量子纠缠与Bell非局域性，它还拥有独特的单向性，即在导引实验中一方可以成功地导引另一方,但不能反过来进行。这种非对称性极大的丰富了量子非局域性的物理内涵，对构建非对称的量子通信网络及单向的量子保密通信有着十分重要的作用。为了实现多用户之间长距离的单向保密通信，需要制备出高亮度的多光子单向导引态。现有的基于偏振编码的单向量子导引态都是利用II型参量下转换过程结合退极化信道制备的，此类方法的光源亮度和保真度取决于参量下转换光子对的随机符合计数和不可区分度。而现有的方案在以下几个方面有待改进：

(1)在参量下转换过程中，同一路径会同时出现o光和e光，由于这两种光的光谱不同(o光的带宽更大)，实验上常插入窄带滤光片(FWMH～3nm)来擦除o光和e光的频率关联，这一过程会损失部分光子。

(2)现有的方案只能通过衰减的方法调节单向导引态中纯态部分和混态部分的权重，致使大量光子的损失。

(3)此外，为了同时收集到纯态部分和混态部分的光子，实验上常用处于45°角的50：50的分束器来实现，这个过程至少会丢失50％的光子，而且入射角为45°的分束器对o光和e光的透反比存在20％的误差，在一定程度上会降低量子态的保真度。

为了制备出满足远距离单向保密通信的高亮度光源，需要着力解决以上几个方面的技术问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)在参量下转换过程中，同一路径会同时出现o光和e光，由于这两种光的光谱不同，o光的带宽更大，实验上常插入窄带滤光片(FWMH～3nm)来擦除o光和e光的频率关联，这一过程会损失部分光子。

(2)现有的方案只能通过衰减的方法调节单向导引态中纯态部分和完全混态部分的权重，致使大量光子的损失。

(3)为了同时收集到纯态部分和完全混态部分的光子，实验上常用处于45°角的50：50的分束器来实现，这个过程至少会丢失50％的光子，而且入射角为45°的分束器对o光和e光的透反比存在20％的误差，在一定程度上会降低量子态的保真度。