[發(fā)明專利]極化編碼量子通信終端芯片及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810631658.0
• 申請(qǐng)日: 2018-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN108599869A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金賢敏;王辭迂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/70
• 分類號(hào): H04B10/70;H04B10/516;H04B10/532;H04L1/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種極化編碼量子通信終端芯片，其特征在于，包括：設(shè)置于基底內(nèi)相連的極化無關(guān)分束器、極化分束器以及片上集成探測(cè)器，其中：極化無關(guān)分束器的一端在所述量子通信終端芯片的一個(gè)端面設(shè)有用于接收任意極化編碼的光量子比特的開口，另一端分別與極化分束器的輸入臂銜接，極化分束器的輸出臂分別與各個(gè)片上集成探測(cè)器銜接，以測(cè)量光量子信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的極化編碼量子通信終端芯片包括以下任意一種結(jié)構(gòu)：

i.一個(gè)極化無關(guān)分束器、兩個(gè)水平極化分束器以及四個(gè)片上集成探測(cè)器；

ii.一個(gè)極化無關(guān)分束器、一個(gè)水平的極化分束器、一個(gè)光軸傾斜的極化分束器以及四個(gè)片上集成探測(cè)器；

iii.一個(gè)極化無關(guān)分束器、一個(gè)半波片、兩個(gè)水平的極化分束器以及四個(gè)片上集成探測(cè)器；

iv.一個(gè)極化無關(guān)分束器、兩個(gè)光軸傾斜的極化分束器以及四個(gè)片上集成探測(cè)器；

v.一個(gè)極化無關(guān)分束器、兩個(gè)波片、兩個(gè)水平的極化分束器以及四個(gè)片上集成探測(cè)器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的極化無關(guān)分束器的結(jié)構(gòu)采用以下任意一種方式實(shí)現(xiàn)：

①一個(gè)或兩個(gè)串聯(lián)的交叉耦合器；

②一個(gè)耦合區(qū)域呈傾角且不相交的定向耦合器，即定向傾斜耦合器；

③一個(gè)光軸重合于芯片法線的平面不相交定向耦合器，即定向水平耦合器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的極化分束器包括：兩條帶有雙折射性質(zhì)且在耦合區(qū)域不相交的波導(dǎo)構(gòu)成的定向耦合器，其中：定向耦合器的一根輸入臂直接與極化無關(guān)分束器的一根輸出臂相連并接收任意極化編碼的光量子比特；

所述的光軸傾斜的極化分束器包括：兩條光軸傾斜且在與水平面具有與光軸傾斜夾角相同或互補(bǔ)的傾斜平面進(jìn)行不相交耦合的波導(dǎo)構(gòu)成的定向耦合器，其中定向耦合器的一根輸入臂直接與極化無關(guān)分束器的一根輸出臂相連并接收任意極化編碼的光量子比特。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的光軸傾斜為45°傾斜角，半波片及波片的光軸具有與極化分束器匹配的傾斜角(如22.5°)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的傾斜角采用飛秒激光以多次相距一定角度和間隔地直寫得以實(shí)現(xiàn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的片上集成探測(cè)器采用超導(dǎo)納米線實(shí)現(xiàn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的銜接，通過直接連接或以倏逝波耦合的形式實(shí)現(xiàn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求3或4或8所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的耦合，通過調(diào)整不同交叉耦合間距以實(shí)現(xiàn)不同的雙折射補(bǔ)償，通過調(diào)整不同平行耦合間距以實(shí)現(xiàn)比例可控的分束。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化編碼量子通信終端芯片，其特征是，所述的用于接收任意極化編碼的光量子比特的開口通過調(diào)整激光絕熱變換調(diào)整波導(dǎo)截面大小、或通過熱膨脹過程使耦合光纖的模場(chǎng)直徑與波導(dǎo)更匹配而實(shí)現(xiàn)與光纖的低損耗銜接。

11.一種極化編碼量子通信終端芯片陣列，其特征在于，包括至少兩個(gè)上述任一權(quán)利要求所述的極化編碼量子通信終端芯片。

12.一種基于上述任一權(quán)利要求所述極化編碼量子通信終端芯片的應(yīng)用，其特征在于，用于接收直接對(duì)光子極化自由度編碼的任意光量子比特。