[發(fā)明專利]一種量子隨機開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910584366.0
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110426863B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟雨;俞上;唐建順
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 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(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種量子隨機開關(guān)(quantum random switch,QRS)。它主要包括：半波片組(half wave plate pair,HWP)，凸透鏡組(convex lens pair)，電光調(diào)制器(electronic?optic modulator,EOM)，偏振分束器(polarized beam splitter,PBS)以及量子隨機數(shù)發(fā)生器(quantum random number generator,QRNG)。本發(fā)明中量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG加入的相位改變，使得出射光子的路徑是真隨機；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于搭建等特點。本發(fā)明可以在多種實驗光路中使用，并可用于多個波段，適用性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種量子光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種參量光測量基選擇的量子隨機開關(guān)。

背景技術(shù)

隨機數(shù)在現(xiàn)代社會的各個領(lǐng)域都扮演重要的角色，比如，科學(xué)研究、仿真計算、密碼學(xué)等等；例如許多基礎(chǔ)科學(xué)實驗中，需要預(yù)先進行一些數(shù)值模擬，這就需要大量的隨機數(shù)以供計算，通常這些隨機數(shù)都是基于一個確定的算法和一串隨機種子產(chǎn)生，輸出的隨機數(shù)看是無關(guān)，實際上卻有非常強的自相關(guān)性，因此也被稱作偽隨機數(shù)；在密碼學(xué)中若利用這種偽隨機數(shù)通常會有較大的安全隱患。量子力學(xué)中，一個物理系統(tǒng)可以處于疊加態(tài)，當(dāng)對疊加態(tài)施加測量操作時，系統(tǒng)則隨機的坍縮到某一本征態(tài)，這個過程是完全隨機的、不可預(yù)測的、與設(shè)備無關(guān)的。因此借助于量子隨機性的量子隨機數(shù)發(fā)生器(quantum random numbergenerator,QRNG)應(yīng)運而生，它是利用量子力學(xué)固有不確定性來產(chǎn)生真隨機數(shù)的一種儀器或裝置，完全區(qū)別于常用的基于數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生的偽隨機數(shù)。

在量子光學(xué)實驗中，也越來越多的用到量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG，本發(fā)明借助于量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG，利用基礎(chǔ)的光學(xué)實驗元件，方便快捷地制備一種量子隨機開關(guān)(quantum random switch,QRS)，旨在最大程度上減少因果律對量子光學(xué)實驗的影響，并且基礎(chǔ)光學(xué)實驗元件體積小，使得出射光子路徑是真隨機的，應(yīng)對波長范圍廣，使用的元件個數(shù)少，易于搭建。本發(fā)明所述的一種量子隨機開關(guān)QRNG可以針對不同波長的激光進行量子隨機選擇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種量子隨機開關(guān)；它僅使用半波片、凸透鏡、偏振分束器等常見光學(xué)實驗元件，借助量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG，便于搭建及適應(yīng)光路調(diào)節(jié)，針對波長范圍廣，排除偽隨機數(shù)影響，使得出射光子路徑是真隨機的，可以方便快捷地針對不同波長和偏振的激光或者實驗光路進行優(yōu)化調(diào)整。

本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的：

一種量子隨機開關(guān)，包括：

一組半波片1,6(其偏振角度為22.5°)，一組聚焦發(fā)散透鏡2,5(大小、焦距完全一致)，一個電光調(diào)制器(electronic-optic modulator,EOM)以及一個偏振分束器(polarized beam splitter,PBS)。

其中：

半波片組：用來調(diào)節(jié)入射到量子隨機開關(guān)QRS內(nèi)以及從量子隨機開關(guān)QRS出射的光束的偏振；第一個半波片位于量子隨機開關(guān)QRS光路的最開始部分；第二個半波片位于偏振分束器PBS之前；兩個半波片關(guān)于電光調(diào)制器EOM對稱放置，波片的光軸與光束傳播方向一致；

凸透鏡組：用來聚焦入射光束到電光調(diào)制器EOM上，以及將從電光調(diào)制器EOM出射的光束重新發(fā)散，兩個透鏡位置關(guān)于電光調(diào)制器EOM對稱放置，位于半波片組內(nèi)側(cè)；

電光調(diào)制器EOM：根據(jù)量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG發(fā)送來的信號對光束進行相位調(diào)制；位于兩個凸透鏡的焦點處，且與量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNG相連；

量子隨機數(shù)發(fā)生器QRNS：隨機產(chǎn)生0或1信號發(fā)生給電光調(diào)制器EOM；用導(dǎo)線與電光調(diào)制器EOM相連，位于光路之外；

偏振分束器PBS：光束重新平行后經(jīng)過PBS，根據(jù)出射光的不同偏振光進行分束，位于光路的最后。