[發明專利]一種連續變量量子糾纏源產生裝置

有效

• 申請號: 201310125998.3
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN103176329A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 王雅君;鄭耀輝;楊文海;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，具體是一種穩定可靠、易于維護的連續變量量子糾纏態光場產生的裝置。

背景技術

量子信息科學是量子物理和信息科學相結合的一門新興學科，是利用量子力學的基本原理研究信息技術的一門實用性學科。它的目的之一就是以信息論解釋量子物理的基本概念，同時對量子效應的進一步探索將會促進信息處理及通訊的大幅度發展。由于光波傳遞的高速性以及其加載信號的便利性，并伴隨著激光器的發展以及光纖技術的進一步發展，基于光纖通訊技術量子信息的研究必將廣泛應用于未來的通訊領域。而量子糾纏光場是量子信息處理中的核心“資源”，是研制具有超級計算機能力的量子計算機和絕對保密量子通訊的基礎，因此，穩定的量子糾纏源產生裝置是量子信息研究中必備的光源系統。

量子信息的研究可分為分離變量和連續變量兩大類，能夠用有限維希爾伯特空間表征量子力學中的物理量稱為分離變量，例如光子或光波場的偏振；而粒子的位置與動量，光波場的正交振幅與正交位相分量等，它們的每一個值對應于不同的正交本征態，其本征態構成無限維希爾伯特空間，稱為連續變量。目前，德國的Qutools公司和中國科學技術大學安徽量子通信技術有限公司已經完成了基于分離變量糾纏源系統的樣機，并作為實驗系統產品開始銷售。但是基于連續變量的量子糾纏源光學系統，由于其比較復雜、控制系統操作繁瑣，目前還沒有相關產品問世。山西大學光電研究所量子光學與光量子器件國家重點實驗室，從上世紀80年代以來就開始從事連續變量量子糾纏態光場產生的實驗研究工作，為了滿足量子信息進一步發展對糾纏光源的需求，我們課題組在2011-2012年期間開展了小型化糾纏源樣機的研制工作，并申請專利（申請號201110312978.8）。在研制過程中，我們發現離散元件受到環境條件影響較大，尤其是光學參量放大器抗干擾能力差，容易受外界環境溫度、振動和灰塵等的影響，無法實現穩定的糾纏光輸出。并且由于各離散元件相對獨立，一旦某一元件出現故障更換較為麻煩，一個元件的改變會影響整個光學系統，從而不利于系統的維護。

本申請是在以上工作的基礎上，旨在提供一種穩定可靠、易于維護的連續變量量子糾纏態光場產生裝置，通過將糾纏源按功能分區，各分區模塊單獨調試固定于各自底板上，進行密封處理后依次固定于糾纏源總底板上，并對光學參量放大器中的非線性晶體加聚砜套進行保溫處理，極大地改善了糾纏源系統的穩定性。通過以上設計，保證了連續變量量子糾纏源產生裝置穩定可靠、操作方便、易于維護，更利于產品化的需求和批量生產。

發明內容

本發明專利的目的是提供一種穩定可靠、操作方便、易于維護的連續變量量子糾纏態光場產生裝置。

本發明提供的一種連續變量量子糾纏源產生裝置，包括激光器模塊、分光耦合模塊、激光器參考腔模塊、位相調制器、光學參量放大器鎖定模塊、反位相調節與鎖定模塊、隔離器與光束整形模塊、光學參量放大器模塊、貝爾態直接探測系統模塊和探測系統模塊；所述的各模塊均固定在各自的底板上，并安裝外殼和密封窗片，然后固定于糾纏源總底板上；所述的光學參量放大器模塊中的非線性晶體放置于紫銅控溫爐內并加蓋聚砜保溫套。本發明解決了現有連續變量量子糾纏源容易受環境溫度和灰塵等的影響，極大地提高了糾纏源系統的穩定性。

所述的分光耦合模塊包括用于分光耦合與光束整形的至少兩片信號光導光鏡、一片泵浦光導光鏡、一片透鏡、一片信號光半波片和一塊信號光偏振分束棱鏡。

所述光學參量放大器鎖定模塊包括用于光學參量放大器鎖定的一個寬帶探測器，一個信號光隔離器、至少兩片信號光半波片和一片透鏡。

所述的激光器參考腔模塊包括用于信號光單頻監視與激光器鎖定的一個參考腔、一個探測器和至少一個透鏡。

所述的反位相調節與鎖定模塊包括用于反位相調節與鎖定的至少一片粘帖有壓電陶瓷的泵浦光高反鏡、一片粘貼有壓電陶瓷的信號光高反鏡、一片信號光導光鏡和一片泵浦光導光鏡。

所述的隔離器與光束整形模塊包括用于泵浦光隔離與光束整形的至少一個泵浦光隔離器、一片透鏡和兩片泵浦光半波片。

所述的光學參量放大器模塊包括用于糾纏光產生的一個光學參量放大器和至少兩個透鏡。

所述的探測系統模塊包括用于光學參量放大器輸出信號光和泵浦光探測的一個信號光探測器、一個泵浦光探測器和至少兩個透鏡、一個分光鏡和一個導光鏡。

所述的各模塊底板和糾纏源總底板，均為精密數控車床上一次加工成型的一整塊硬鋁、鑄鋁、航空鋁或者銦鋼。