[發明專利]一種連續變量量子糾纏源產生裝置

有效

• 申請號: 201110312978.8
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102436117A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 鄭耀輝;賈曉軍;王文哲;張寬收;彭堃墀
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02F1/35
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及一種連續變量非經典光場的產生裝置，具體是一種連續變量量子糾纏態光場產生裝置。

背景技術

量子信息學是信息科學和量子力學相結合而形成的新興交叉學科，主要包括量子計算和量子通信。量子通信又主要包括量子離物傳態、量子密碼術和量子密集編碼等。由于量子糾纏源的獨特性質，使量子信息在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方面具有突破現有經典信息系統極限的能力。

量子糾纏源是量子通信和量子計算的核心，實現連續變量量子信息最重要的關鍵和難點是制備穩定高效的連續變量量子糾纏態光源。

目前為止，產生連續變量量子糾纏源最普遍的方法是用單頻激光器泵浦光學參量振蕩器，經非線性過程產生非經典光場。1992年，美國的Kimble小組用II類相位匹配的KTP晶體作為光學參量振蕩腔的非線性介質，通過非兼并光學參量放大過程，獲得兩束偏振正交的壓縮態光場——糾纏光束。1998年，他們利用閾值以下簡并光學參量過程產生兩束頻率簡并的正交位相壓縮光，通過50％分束鏡耦合獲得了連續變量量子糾纏光束。2000年，山西大學光電研究所采用單頻雙波長的Nd:YAP/KTP激光器泵浦用II類相位匹配的KTP晶體作為非線性介質的光學參量放大器，當光學參量放大器運轉于放大狀態時，得到正交振幅正關聯、正交位相反關聯的明亮糾纏光束。

但是，上述工作都處在實驗室階段。目前為止，并沒有相關的樣機和商業化的連續變量量子糾纏源產品。其主要原因在于連續變量量子糾纏源對控制系統的要求較高，例如糾纏源系統中光學參量振蕩腔的鎖定、泵浦所用單頻激光器的穩頻等過程等都需要人工操作。因此，上述連續變量量子糾纏源不具備易操作性和可靠性。制約了連續變量量子糾纏源從實驗室走向穩定可靠的產品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操作簡單、穩定可靠的連續變量量子糾纏源產生裝置。

本發明設計的一種連續變量量子糾纏源產生裝置，包括單頻激光器、光學參量放大器、貝爾態直接探測系統、底板和光學參量放大器鎖定系統組成；所述的糾纏源產生裝置所用的光學元件均固定在底板上，底板由形變系數較小的材料充當，該設計減輕了環境變化對糾纏源的影響，改善了糾纏源的穩定性和可靠性；所述的光學參量放大器鎖定系統由掃描、鎖定閾值設定、比較、鎖定四個單元組成，其中掃描單元由信號源、計數器、數字電位器和高壓直流放大器組成，鎖定閾值設定單元由電壓基準、波段開關、第一電壓跟隨器、電位器和第二電壓跟隨器組成，鎖定單元由PID電路和高壓直流放大器組成；所述的光學參量放大器鎖定系統中，掃描單元的輸出端經高壓放大器與光學參量放大器上的壓電陶瓷相連，光學參量放大器輸出的光信號入射到光電探測器中，光電探測器輸出的直流信號經第三電壓跟隨器與比較單元的正向輸入端相連；掃描單元的輸出端與比較單元的正向輸入端相連；所述的光學參量放大器鎖定系統中，鎖定閾值設定單元的輸出端與比較單元的負向輸入端相連；所述的光學參量放大器鎖定系統中，比較單元的輸出端經第二電子開關與鎖定單元相連。

掃描單元通過驅動光學參量放大器上的壓電陶瓷來搜索光學參量放大器的共振點。越接近共振點，光學參量放大器輸出的光信號越強，遠離共振點時，光學參量放大器輸出的光信號變弱。光學參量放大器的輸出光經光電探測器后轉換為電信號，將光電探測器輸出的電信號與鎖定閾值設定比較，來決定鎖定系統下一步的動作。當光電探測器信號小于鎖定閾值設定時，掃描單元繼續掃描，鎖定單元處于掃描狀態。當該光電探測器信號大于鎖定閾值設定時，掃描單元停止掃描，鎖定單元自動切換到鎖定狀態。在糾纏源系統調試的最后階段，要根據光學參量放大器注入光功率的大小和光電探測器的光電轉換效率來調節鎖定閾值設定值的大小。根據比較器輸出電平的高低控制電子開關的工作狀態，由電子開關決定PID電路的工作狀態。當光電探測器輸出信號小于鎖定閾值的設定值時，比較器輸出低電平，電子開關控制PID電路工作在監視狀態。當光電探測器輸出信號大于鎖定閾值的設定值時，比較器輸出高電平，電子開關控制PID電路工作在鎖定狀態。

所述的光學參量放大器中的非線性介質為II類非臨界相位匹配的非線性晶體。利用單頻激光器輸出的倍頻光作為泵浦源，基頻光作為注入種子光，泵浦運轉于閾值以下的光學參量放大器，得到頻率簡并，偏振垂直的雙模壓縮態光場。經偏振分束器分束后，可直接得到糾纏光源。

所述的糾纏源底板由精密數控機床一次加工成型。這種設計減小了機械加工誤差對糾纏源糾纏特性的影響，為連續變量量子糾纏源產品化、批量生產提供了條件。