[發明專利]連續變量量子糾纏源中自動調節經典增益的裝置和方法

有效

• 申請號: 201310081935.2
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103149773A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 鄭耀輝;王文哲;王雅君;周海軍;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

本發明涉及光電技術領域，具體是一種連續變量量子糾纏源中自動調節經典增益的裝置和方法。

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，通過非簡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，例如光學參量放大器經典增益的調節一般需要人工操作。經典增益的調節一般通過調節光學參量放大器中非線性晶體的溫度實現。具體過程如下：當掃描泵浦光與信號光相對相位時，觀察并記錄一定溫度范圍內各個工作溫度點下光學參量放大器透射信號的峰-峰值（透射信號的最大值用示波器讀取，溫度點的調節手動完成），綜合比較，將非線性晶體的工作溫度設定到透射信號峰-峰值最大的工作點上。需要手動操作使連續變量量子糾纏源不具備易操作性，制約了連續變量量子糾纏源的實用化。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連續變量量子糾纏源中自動調節經典增益的裝置和方法。

本發明設計的一種連續變量量子糾纏源中自動調節經典增益的裝置，包括光學參量放大器1，所述的光學參量放大器1中放置工作溫度可調的非線性晶體12和控溫爐18，控溫爐18通過溫度控制器27控制非線性晶體12的溫度；溫度控制器27通過數/模轉換器26與中央處理器24連接，中央處理器24通過模/數轉換器21與光電探測器20連接，中央處理器24還連接ROM存儲器，非線性晶體溫度跟蹤程序存儲在ROM存儲器中；光電探測器20將光學參量放大器1透射的光信號轉換為電信號，并通過模/數轉換器21輸入中央處理器24，中央處理器24執行非線性晶體溫度跟蹤程序，對信號進行處理并輸出，輸出的信號經數/模轉換器26輸入溫度控制器27，溫度控制器27最終通過控溫爐18控制非線性晶體12的溫度；

所述的非線性晶體溫度跟蹤程序，用于根據光學參量放大器1的透射信號跟蹤計算光學參量放大器1的經典增益最大時非線性晶體12的溫度；其包括初始化模塊，判斷模塊，計算模塊，糾錯模塊；

初始化模塊：用于初始化非線性晶體的起始溫度、溫度變化方向，初始化光學參量放大器1透射信號的最大峰-峰值、上一個峰-峰值；

判斷模塊：用于根據溫度變化前后光學參量放大器1透射信號峰-峰值的比較，確定非線性晶體溫度變化的方向；

計算模塊：用于根據光學參量放大器1透射信號的峰-峰值與最大峰-峰值，計算非線性晶體的溫度變化量，并結合溫度變化量與溫度變化方向，計算出非線性晶體的下一個工作溫度；

糾錯模塊：用于判斷程序執行后得到溫度是否超出控溫爐的工作范圍，如超過控溫爐的工作范圍，將下一個工作溫度設定為控溫爐非線性晶體的邊界溫度；用于在每個循環后設置一定的等待時間，等待非線性晶體的溫度達到熱平衡狀態，防止裝置誤動作。

所述的控溫爐18中設置半導體制冷器和熱敏電阻，熱敏電阻用來采樣控溫爐的實際溫度值，并將采樣的實際溫度值與溫度控制器27設置的設定溫度值比較，得到的誤差信號轉換為半導體制冷器的控制信號。

本發明提供的一種連續變量量子糾纏源中自動調節經典增益的方法，依次包括如下步驟：

1）初始化非線性晶體12的起始溫度、溫度變化方向，初始化光學參量放大器1透射信號的最大峰-峰值、上一個峰-峰值；