[發明專利]一種量子隨機開關

有效

• 申請號: 201910584366.0
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110426863B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 孟雨;俞上;唐建順
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/03;G02B27/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種量子隨機開關QRS，其特征在于：包括半波片組HWP，凸透鏡組，電光調制器EOM，偏振分束器PBS以及量子隨機數發生器QRNG，其中：

所述的半波片組HWP：用來調節入射到量子隨機開關QRS內以及從量子隨機開關QRS出射的光束的偏振；所述的半波片組HWP包括第一個半波片和第二個半波片，第一個半波片位于量子隨機開關QRS光路的最開始部分；第二個半波片位于偏振分束器之前；兩個半波片關于電光調制器對稱放置，兩個半波片的光軸都與光束傳播方向一致；

所述的凸透鏡組：其包括兩個凸透鏡，一個凸透鏡用來調節入射的平行光束，使之聚焦到電光調制器EOM上，以及另一個凸透鏡將從電光調制器EOM出射的發散光束重新調節為平行光束，兩個凸透鏡位置關于電光調制器EOM對稱放置，位于半波片組HWP內側；

所述的電光調制器EOM：根據量子隨機數發生器QRNG發送來的信號對光束進行相位調制；位于兩個凸透鏡的共同焦點處，且與量子隨機數發生器QRNG相連；

所述的量子隨機數發生器QRNG：隨機產生0或1信號發送給電光調制器EOM；用導線與電光調制器EOM相連，位于量子隨機開關QRS光路之外；

偏振分束器PBS：根據出射光的不同偏振光進行分束，是光路的最后一個元件。

2.根據權利要求1所述的一種量子隨機開關QRS，其特征在于：所述的半波片組HWP針對不同波長的激光進行偏振調制，在光路中位置靈活可變。

3.根據權利要求1所述的一種量子隨機開關QRS，其特征在于：所述的凸透鏡組針對不同波長的激光進行聚焦、發散調制，而且根據不同光路靈活地選擇透鏡組焦距和透鏡位置。

4.根據權利要求1所述的一種量子隨機開關QRS，其特征在于：不同于經典物理過程所考慮到的所有變量的情況下是可以被模擬的，所述的量子隨機數發生器QRNG所產生的隨機性是完全真隨機的；且器件體積小。

5.根據權利要求1所述的一種量子隨機開關QRS，其特征在于：所述的電光調制器EOM完全根據量子隨機數發生器QRNG發生的隨機數信號，來調節兩個偏振光的相位，不受任何其他因素對隨機性的影響。

6.根據權利要求1所述的一種量子隨機開關QRS，其特征在于：所述的偏振分束器PBS根據入射光的偏振不同而進行不同的反射與透射操作；偏振分束器PBS針對不同波長的激光進行偏振調制，或者選擇不同的透射反射比例；且體積小，在光路中的位置靈活可變。

7.一種量子隨機開關QRS，其特征在于，實現如下，進入量子隨機開關QRS的兩束平行光均預先調節為H偏振，經過第一個22.5°的半波片，其偏振變為此時兩束平行光是空間上分離且平行的，然后進入凸透鏡進行聚焦，并在凸透鏡一倍焦距處放置電光調制器EOM，則兩束平行光經過凸透鏡后聚焦在電光調制器EOM上，電光調制器EOM接收到量子隨機數發生器QRNG發射的0或1信號，對聚焦在一起的兩個光斑的H偏振光和V偏振光進行相位調制，如果量子隨機數發生器QRNG發出的信號是0，則電光調制器EOM加在H偏振光和V偏振光之間的相位差也是0，此時光束的偏振仍為如果量子隨機數發生器QRNG發出的信號是1，則電光調制器EOM加在H偏振光和V偏振光之間的相位差是π，此時光束的偏振變為由于電光調制器EOM位于凸透鏡的焦點處，且入射到凸透鏡的光為平行光，因此經過電光調制器EOM后，光束重新發散，因此在電光調制器EOM后，距離電光調制器EOM一倍焦距處放置與前面凸透鏡完全一樣的另一塊凸透鏡，則兩個重疊光斑重新變為兩束平行光；再次經過22.5°的半波片，偏振的光變為H偏振的兩束平行光，偏振的光變為V偏振的兩束平行光；最后經過偏振分束器PBS，H偏振的光透射過偏振分束器PBS，V偏振光在偏振分束器PBS上反射，顯然對于入射的H偏振光，其出射光束為H偏振光或V偏振光完全由量子隨機數發生器QRNG決定。