[发明专利]一种基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置

说明书

本申请提供一种基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置，包括：光源单元，包括EPR强纠缠光源和EPR第一弱纠缠光源，EPR强纠缠光源设有输出端A，EPR第一弱纠缠光源设有第一输出端和第二输出端；第一光子探测器与第一输出端连接；第一自由空间光学通道具有输入端M1和输出端N1，输入端M1与输出端A连接；第一光学反射镜，具有输入端P1和输出端Q1，输入端P1与第二输出端连接；第一光学非线性分束器，具有输入端X1、输入端X2、输出端Y1、输出端Y2，输入端X1与输出端N1连接，输入端X2与输出端Q1连接，其中，输出端Y2用于输出两模纠缠态的其中一个模式；第三光子探测器，与输出端Y1连接。

技术领域

本申请涉及连续变量纠缠操控技术领域，具体而言，涉及一种基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置。

背景技术

量子纠缠是量子信息中的重要资源。目前大家所关心的量子纠缠可以分为离散变量量子纠缠和连续变量量子纠缠。离散变量量子纠缠较多地表现在少数能级量子体系的量子纠缠，包括原子纠缠和光子纠缠。而连续变量量子纠缠则是量子光场的正则坐标分量、正则动量分量为主体的量子态纠缠新形式。连续变量量子纠缠态在精密测量、高速高容量连续变量量子通信体系中具有重要应用。量子纠缠的量子相干性是量子纠缠的重要指标，是量子系统本身的重要资源，也是量子计算、量子精密测量等诸多量子信息处理能够突破传统信息处理极限的重要依据。

不断地提升连续变量量子纠缠的量子相干在具体的量子信息处理中具有重要意义。本发明人所在团队在2018年提出了对于连续变量弱纠缠的相干性提升方案(Photoncatalysis acting as noiseless linear amplification and its application incoherence enhancement，Phys.Rev.A.97.043830(2018))。然而，该方案由于在光子数处理上的局限性，无法应对未来强纠缠输入时多光子布居的问题，无法处理强纠缠条件下的相干性操控。同时，截止到目前，国内外仍然没有对强纠缠相干性提升的报道。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置，以克服现有技术存在的不足，提供原理简单、可靠性好、易于实现的连续变量强纠缠的相干性增强装置。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置，包括：光源单元，包括EPR强纠缠光源和EPR第一弱纠缠光源，所述EPR强纠缠光源设有输出端A，所述EPR第一弱纠缠光源设有第一输出端和第二输出端；第一光子探测器，与所述第一输出端连接；第一自由空间光学通道，具有输入端M1和输出端N1，输入端M1与输出端A连接；第一光学反射镜，具有输入端P1和输出端Q1，输入端P1与所述第二输出端连接；第一光学非线性分束器，具有输入端X1、输入端X2、输出端Y1、输出端Y2，输入端X1与输出端N1连接，输入端X2与输出端Q1连接，其中，输出端Y2用于输出两模纠缠态的其中一个模式；第三光子探测器，与输出端Y1连接。

在本申请实施例中，提供的基于非线性分束器的连续变量强纠缠相干性增强装置，使得相干性增强的操作属于一种可标记的操作，通过光子计数器的计数可以标记出相干性增强操作是成功还是失败的。因此，不需要多次重新制备用于相干性增强的连续变量强纠缠。其次，本方案不需要平衡零拍探测系统，仅利用成熟的商用光子数探测技术，包括单光子探测器或开关型光子探测器。以及，本方案可以提高连续变量强纠缠的相干性质量。再者，本方案可以克服连续变量强纠缠光场在传输过程中的振幅衰减噪声，也可以克服传统纠缠蒸馏本身引入的额外噪声；可以在现有的强纠缠相干性的基础上进一步提升相干性。另外，本方案制备的相干性增强的连续变量强纠缠可以用于基于连续变量的量子精密测量、连续变量量子计算，也可以应用于量子保密通信。因此，本方案提供了一种原理简单、可靠性好、易于实现的连续变量强纠缠的相干性增强装置。