[發(fā)明專利]基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711465638.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN108240869B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭翔;廖開宇;周憶如;張新定;張善超;顏輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J11/00
• 分類號(hào): G01J11/00
• 代理公司: 44326 廣州容大專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 劉新年;潘素云

本發(fā)明公開了一種基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法及裝置，該方法包括如下步驟：在某一時(shí)刻對(duì)待測(cè)單光子施加相位調(diào)制，調(diào)制深度控制到微擾程度；在同一時(shí)刻對(duì)待測(cè)單光子施加振幅調(diào)制，調(diào)制深度同樣控制到微擾程度；將沒有經(jīng)過弱調(diào)制的單光子、經(jīng)過相位弱調(diào)制的單光子以及經(jīng)過振幅弱調(diào)制的單光子進(jìn)行頻域強(qiáng)選擇，選出特定頻率光子進(jìn)行符合計(jì)數(shù)；采集特定頻率的沒有經(jīng)過弱調(diào)制的光子數(shù)、經(jīng)過相位弱調(diào)制的光子數(shù)以及經(jīng)過振幅弱調(diào)制的光子數(shù)，進(jìn)行比較計(jì)算可以還原出弱值及待測(cè)波函數(shù)。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)對(duì)波函數(shù)的直接非破壞性測(cè)量，同時(shí)由于預(yù)選態(tài)與后選態(tài)趨于正交，弱值理論上可以接近無限大，大幅提升測(cè)量精度和有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法及裝置，可以應(yīng)用于廣泛的量子信息領(lǐng)域(包括量子通信、量子計(jì)算及量子精密測(cè)量等技術(shù)方向)。

背景技術(shù)

弱測(cè)量理論及弱值概念最初由Aharonov，Albert和Vaidman于1988年提出，并于1991年首次得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此后，弱測(cè)量有關(guān)的理論不斷發(fā)展完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也得以拓寬，相比于傳統(tǒng)測(cè)量手段，體現(xiàn)出了獨(dú)有的物理特性、巨大的發(fā)展?jié)摿σ约皬V闊的應(yīng)用前景。

波函數(shù)作為基本物理量，涉及到量子通信信息編碼、量子態(tài)傳輸、探測(cè)等諸多領(lǐng)域。關(guān)于時(shí)域波函數(shù)的測(cè)量，在傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)中，測(cè)量設(shè)備與待測(cè)量的耦合勢(shì)必導(dǎo)致波函數(shù)塌縮，量子退相干效應(yīng)也限制了對(duì)波函數(shù)信息的提取和還原。長(zhǎng)期以來只能通過直接的光子計(jì)數(shù)來獲得波函數(shù)的振幅信息，或者通過搭設(shè)單獨(dú)的干涉儀來獲得波函數(shù)相位信息。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出一種基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法及裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精確、可行性強(qiáng)，且能夠同時(shí)得到波函數(shù)的幅度和相位信息，還原出完整波函數(shù)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述問題：

一方面，本發(fā)明提供一種基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法，包括如下步驟：

在某一時(shí)刻對(duì)待測(cè)單光子施加相位調(diào)制，調(diào)制深度控制到微擾程度；

在同一時(shí)刻對(duì)待測(cè)單光子施加振幅調(diào)制，調(diào)制深度同樣控制到微擾程度；

將沒有經(jīng)過弱調(diào)制的單光子、經(jīng)過相位弱調(diào)制的單光子以及經(jīng)過振幅弱調(diào)制的單光子進(jìn)行頻域強(qiáng)選擇，選出特定頻率光子進(jìn)行符合計(jì)數(shù)；

采集特定頻率的沒有經(jīng)過弱調(diào)制的光子數(shù)、經(jīng)過相位弱調(diào)制的光子數(shù)以及經(jīng)過振幅弱調(diào)制的光子數(shù)，進(jìn)行比較計(jì)算可以還原出弱值及待測(cè)波函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述微擾程度為3°～5°。

進(jìn)一步地，通過相位電光調(diào)制器對(duì)待測(cè)單光子施加相位調(diào)制，通過對(duì)相位電光調(diào)制器電壓的控制，實(shí)現(xiàn)人為可控的相位微擾。

進(jìn)一步地，通過幅度電光調(diào)制器對(duì)待測(cè)單光子施加振幅調(diào)制，通過對(duì)幅度電光調(diào)制器電壓的控制，實(shí)現(xiàn)人為可控的幅度微擾。

進(jìn)一步地，通過法布里-珀羅干涉儀進(jìn)行頻域強(qiáng)選擇，選出特定頻率光子透射。

進(jìn)一步地，通過單光子計(jì)數(shù)器對(duì)特定頻率的單光子采集計(jì)數(shù)。

進(jìn)一步地，所述基于弱測(cè)量的波函數(shù)直接測(cè)量方法用于時(shí)域波函數(shù)直接測(cè)量方法具體如下：

將待測(cè)時(shí)域波函數(shù)表示為ψ(t)，時(shí)域弱調(diào)制可以表示為頻域強(qiáng)選擇表示為|v＞，則可以構(gòu)建所需要的弱值該弱值與待測(cè)波函數(shù)成一階線性關(guān)系，通過測(cè)得該弱值，進(jìn)而得到待測(cè)波函數(shù)；

不施加時(shí)域弱調(diào)制，僅對(duì)光子進(jìn)行頻域強(qiáng)選擇，光子計(jì)數(shù)的結(jié)果為|＜v|ψ＞|²；

施加時(shí)域相位弱調(diào)制待測(cè)波函數(shù)演化為之后對(duì)光子進(jìn)行頻域強(qiáng)選擇，光子計(jì)數(shù)的結(jié)果為