[发明专利]光学量子逻辑门

权利要求书

1.一种光学量子逻辑门OQLG，其作用于n个量子位并以2ⁿ*2ⁿ酉矩阵为特征，所述OQLG包括：

第一光学结构以及第二光学结构，所述第一光学结构包括与由所述酉矩阵指定的输入二进制值具有一一对应关系的2ⁿ个光学耦合纤芯，所述第二光学结构光学连接到所述第一光学结构并且包括对应于所述2ⁿ个纤芯的2ⁿ个放大通道，

其中，所述第一光学结构被配置为：

接收处于二进制基本量子态的光子，并且根据纤芯与光子的基本量子态的一一对应关系将接收到的光子注入所述2ⁿ个纤芯，所述处于二进制基本量子态的光子表示由所述酉矩阵指定的输入二进制值；

使用所述纤芯之间的光学耦合来混合所注入的光子，其中使用由所述酉矩阵指定的权重来混合光子；和

将光子输出到所述第二光学结构中，其中输出的混合光子对应于由所述矩阵指定的输出二进制值；并且

其中，所述第二光学结构被配置为放大在所述放大通道中的光子，其中所述放大以可控方式提供，对于在所述放大通道中传播的光子，保留所述光子的基本量子态和具有不同基本量子态的光子的相对数量。

2.根据权利要求1所述的OQLG，其中，由所述酉矩阵指定的实数输入二进制值由垂直极化和水平极化的基本量子态表示。

3.根据权利要求1所述的OQLG，其中，由所述酉矩阵指定的复数二进制值由处于基本量子态的光子的相应叠加来表示。

4.根据权利要求3所述的OQLG，其中，所述第一光学结构被配置为在将叠加的光子注入对应于所述复数二进制值的纤芯中之前，混合接收到的光子以提供所述叠加。

5.根据权利要求1所述的OQLG，其中，所述权重被预定义为所述第一光学结构的耦合长度的函数，并且其中，所述耦合长度通过选择所述纤芯的光学参数和几何参数以及所述纤芯之间的包层的光学参数和几何参数来预定义。

6.根据权利要求1所述的OQLG，其中，所述第一光学结构和所述第二光学结构被集成并且实现在多纤芯光纤的相同纤芯上。

7.根据权利要求6所述的OQLG，其中，所述多纤芯光纤中的2ⁿ个纤芯中的每个纤芯被配置为包括作为所述第一光学结构的一部分的第一段以及在所述第一段之后并且作为所述第二光学结构的一部分的第二段。

8.根据权利要求7所述的OQLG，其中，所述多纤芯光纤被配置为具有锥形配置，其中每个纤芯的第一段位于锥形部分中以能够在所述第一段之间进行光学耦合，并且第二段位于宽部分中以实现足以防止所述第二段之间的光学相互作用的距离。

9.根据权利要求1所述的OQLG，其中，每个放大通道都与控制端口相关联，所述控制端口被配置为响应于指定期望放大因子的控制信号来实现所述放大通道中所需的放大。

10.根据权利要求9所述的OQLG，其中，每个放大通道都浸渍有增益介质，所述增益介质被配置为在与输出的混合光子相对应的第一波长范围内提供增益，并且其中，所述增益能够响应于经由所述控制端口接收的泵浦光学信号实现，并且所述泵浦光学信号具有不同于所述第一波长范围的泵浦波长范围。

11.根据权利要求10所述的OQLG，其中，至少通过定义所述泵浦光学信号的参数、增益介质和/或所述放大通道的有效长度来控制所述放大因子。

12.根据权利要求1所述的OQLG，其被配置为能够被布置成多个OQLG的全光学布置。