[發(fā)明專利]一種連續(xù)變量糾纏產(chǎn)生裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210185763.9
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102707540A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郜江瑞;劉奎;崔淑珍;張俊香
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子信息領(lǐng)域的糾纏態(tài)產(chǎn)生裝置，具體涉及一種連續(xù)變量糾纏產(chǎn)生裝置，更具體地說是一種產(chǎn)生多對連續(xù)變量高階橫模糾纏態(tài)的裝置。

背景技術(shù)

糾纏態(tài)作為量子信息科學(xué)中重要的資源，被廣泛應(yīng)用到量子離物傳態(tài)、量子計算和量子密鑰分發(fā)等領(lǐng)域，它保證了量子信息的通訊和處理更為有效和安全。

在此之前相關(guān)的研究工作有：

1.2005年，蘇小龍等人在Phys.Rev.Lett上發(fā)表了題為“連續(xù)變量四組份cluster和GHZ糾纏態(tài)的實驗產(chǎn)生”的文章，該工作利用多對兩組份糾纏態(tài)，通過在分束器上線性耦合，產(chǎn)生了4組份糾纏態(tài)。`

2.Matthew?Pysher等人發(fā)在Phys.Rev.Lett上發(fā)表了題為“四組份頻率梳糾纏態(tài)的產(chǎn)生”的文章，該工作利用特殊構(gòu)造的PPKTP晶體產(chǎn)生多對頻率梳糾纏態(tài)。

3.A.S.Coelho等人在Science發(fā)表了題為“三色糾纏”的文章，他們將KTP晶體冷卻到零下23度時，利用OPO過程產(chǎn)生了三組份糾纏態(tài)。

4.M.Lassen等人在Phys.Rev.Lett上發(fā)表了題為“連續(xù)變量軌道角動量壓縮和糾纏態(tài)”的文章，他們利用一類OPO過程，產(chǎn)生了同時HG01和HG10模的壓縮光。

上述第一篇文章中，對于多組分糾纏的產(chǎn)生必須用到多個對于多組分糾纏態(tài)的產(chǎn)生一般采用多對兩組份糾纏的線性干涉的方式產(chǎn)生，這樣要得到多組份糾纏態(tài)則需要多個OPO的參與，這種情況下，多組分糾纏態(tài)的產(chǎn)生實驗裝置變得龐大和復(fù)雜。第二篇文章中，是通過一個OPO腔產(chǎn)生頻率梳式的多對糾纏態(tài)，實驗裝置也較為簡單，只是基橫模、一種類型的糾纏態(tài)。第三篇文章中，只是實現(xiàn)了基橫模三組份糾纏的產(chǎn)生，要求系統(tǒng)工作在溫度為零下23度時。上述三篇文章都是一般的基橫模糾纏，都未涉及到軌道角動量糾纏。第四篇文章中，只給出一種產(chǎn)生多模壓縮的實驗裝置，未能產(chǎn)生多組份糾纏態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于操控的連續(xù)變量糾纏產(chǎn)生裝置，該裝置可以通過單個OPO裝置同時產(chǎn)生多對高階橫模糾纏態(tài)，實現(xiàn)連續(xù)變量多組份糾纏、這種糾纏態(tài)亦是同時具有軌道角動量和自旋角動量糾纏的超糾纏態(tài)。

本發(fā)明首先提供一種高階橫模像散補償裝置，依次包括第一雙折射晶體（10）、半波片（11）和第二雙折射晶體（12），它們共軸設(shè)置，所述的第一雙折射晶體（10）與第二雙折射晶體（12）的晶軸夾角為90度，第一雙折射晶體（10）與半波片（11）的晶軸夾角為45度。

本發(fā)明提供的一種連續(xù)變量糾纏產(chǎn)生裝置，包括非線性晶體，所述的非線性晶體用上述高階橫模像散補償裝置代替。

一種產(chǎn)生多對高階橫模糾纏態(tài)的方法，是將高階橫模注入到上述連續(xù)變量糾纏產(chǎn)生裝置中，并將該裝置鎖定在注入的高階橫模上。

基于高階橫模的正交性，一束光上可以同時存在多個高階橫模，他們之間相互獨立、互不影響。對于厄米高斯模HGmn模來說，只要m+n的值相同，則這些模就可以在同一個光學(xué)腔中共振。例如當m+n=4時，HG04、HG13、HG22、HG31和HG40模可以同時在一個光學(xué)腔中共振。這種情況下，當HG00模的泵浦場泵浦具有二類非線性晶體的光學(xué)腔，且腔與HGmn模共振時，經(jīng)過非線性相互作用，最后光學(xué)腔可以產(chǎn)生輸出多對高階橫模糾纏態(tài)，例如m+n=4時，HG04、HG13、HG22、HG31和HG40模同時糾纏。

本發(fā)明設(shè)計的連續(xù)變量多組份糾纏的產(chǎn)生裝置與已報道的同類糾纏產(chǎn)生裝置相比有以下優(yōu)點：

1.裝置簡單，易于操控，實用性強。

2.通過單個OPO可以同時產(chǎn)生多對連續(xù)變量糾纏態(tài)，理論上可以無限擴展到N組份。

3.高階橫模的糾纏態(tài)，其應(yīng)用更加廣泛，例如空間測量，圖像處理等。

4.這種糾纏態(tài)亦是同時具有軌道角動量和自旋角動量糾纏的超糾纏態(tài)。可以用于量子通訊中用于提高信道的容量。

附圖說明

圖1是高階橫模像散補償裝置示意圖

圖2是多對高階橫模糾纏態(tài)產(chǎn)生裝置示意圖

圖3兩對糾纏態(tài)（HG01模和HG10模）產(chǎn)生裝置示意圖

圖4兩對糾纏態(tài)（HG01模和HG10模）產(chǎn)生結(jié)果圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明：