[發明專利]貝爾態的轉換方法、轉換系統及應用

有效

• 申請號: 201610084015.X
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105680955B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 王雙;陳華;陳巍;銀振強;周政;韓正甫;郭光燦
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/532;H04B10/556
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

一種貝爾態的轉換方法，包括：使處在貝爾態的兩個量子比特的任意一個量子比特的兩個本征態在不同的時刻經過調相而被施加不同的相位。以及一種貝爾態的轉換系統和上述轉換方法在量子領域的應用。本發明通過在不同時刻對量子比特的兩個本征態施加相應相位的設計，使得實現貝爾態轉換的局域操作靈活多變，可增強某些量子通信(如確定性量子密鑰分配)的安全性，另外，該設計可以方便地集成多種貝爾態的局域操作。

技術領域

本發明屬于量子信息技術領域，具體涉及貝爾態的轉換方法和轉換系統，適用于量子精密測量、量子通信、量子計算等應用領域。

背景技術

以偏振糾纏的δ_z操作為例，目前常見的實現方法是利用調相器或者是分數波片(1/2或者1/4波片)，直接在本征態水平偏振|H>和豎直偏振|V>之間引入相位差π[M.Ostermeyer et al，Optics Communications，281，4540(2008)；K.Mattle et al，Phys.Rev.Lett.76，4656(1996)]。調相器方法的缺點在于，調相器的調制效果和插入損耗都是偏振相關的，很難做到對兩個偏振態完全對稱，而且這種實現方式只能使用特定工藝的調相器；而分數波片方法的缺點在于，調制速度過慢，很難滿足通信要求。

以時間窗(time-bin)糾纏的δ_z操作為例，目前較為常見的實現方法是利用不等臂干涉儀結合調相器，直接在本征態前時間窗態|S>和后時間窗態|L>之間引入相位差π[W.Tittel et al，Phys.Rev.Lett.84，4737(2000)]。該方法的缺點在于，需要對轉換后的態進行后選擇，操作復雜且效率大大降低，不易進行組合操作。

另外，隨機執行等效操作(如δ_z和-δ_z)可以保證某些量子通信的安全性[Han，Yun-Guang，et al.″Security of modified Ping-Pong protocol in noisy and lossychannel.″Scientific reports 4，4936(2014).]，然而上述貝爾態的轉換方法不能實現這類等效操作。

總之，目前已有的貝爾態轉換方式已不能滿足量子計算和量子通信中穩定、高速、高效和安全性的需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種貝爾態轉換方法和轉換系統，以克服以上所述貝爾態轉換方式速度和效率等方面的問題。

為解決上述技術問題，實現本發明目的，本發明提出了一種貝爾態的轉換方法，所述轉換方法包括：

使處在貝爾態兩個量子比特的任意一個量子比特的兩個本征態在不同的時刻經過調相而被施加不同的相位。

根據本發明的一種具體實施方案，所述貝爾態為處在偏振糾纏的貝爾態。

根據本發明的一種具體實施方案，所述貝爾態為處在時間窗糾纏的貝爾態。

根據本發明的一種具體實施方案，使所述兩個量子比特的任意一個量子比特通過含調相器的Sagnac環，所述調相器在Sagnac環內被非對稱放置。

根據本發明的一種具體實施方案，使所述兩個量子比特的任意一個量子比特通過調相器和法拉第旋轉反射鏡。

另外，本發明還提供一種貝爾態的轉換方法，其中，所述轉換方法包括：

使處在貝爾態的兩個量子比特的其中一個量子比特的兩個本征態在不同的時刻經過第一調相而被施加不同的相位，同時使另一個量子比特的兩個本征態在不同的時刻經過第二調相而被施加不同的相位。

而且，本發明還提供一種貝爾態的轉換系統，其中，所述轉換系統包括：