[發(fā)明專利]四組份束縛糾纏源的糾纏增強(qiáng)裝置和實(shí)現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911370501.8
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111123614A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周瑤瑤;劉艷紅;馬會芳
• 申請（專利權(quán)）人: 太原師范學(xué)院
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39;H01S3/00;H01S3/109;H01S3/137;H04B10/50;H04B10/516;H04B10/70;H04B10/54;H04B10/548
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發(fā)明公開了四組份束縛糾纏源的糾纏增強(qiáng)裝置和實(shí)現(xiàn)方法，該裝置包括連續(xù)變量雙波長內(nèi)腔倍頻穩(wěn)頻激光器、第一模式清潔器、第二模式清潔器、相干反饋控制系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)和四套平衡零拍探測系統(tǒng)；所述的激光源是連續(xù)變量雙波長內(nèi)腔倍頻激光器，輸出波長為λ₀和波長為λ₀/2的低噪聲激光光場；非簡并光學(xué)參量放大器和反饋控制光學(xué)諧振腔構(gòu)成了相干反饋控制系統(tǒng)；非簡并光學(xué)參量放大器采用三共振駐波腔的結(jié)構(gòu)，干涉系統(tǒng)由兩套振幅調(diào)制器、位相調(diào)制器和兩個(gè)光學(xué)分束片組成；本發(fā)明利用相干反饋的方法操控四組份束縛糾纏態(tài)光場，提高了多組份束縛糾纏源的質(zhì)量，可以用于量子保密通信、量子計(jì)算以及量子網(wǎng)絡(luò)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明四組份束縛糾纏源的糾纏增強(qiáng)裝置和實(shí)現(xiàn)方法，屬于連續(xù)變量非經(jīng)典光場的產(chǎn)生裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，量子信息及量子計(jì)算領(lǐng)域的研究發(fā)展迅猛，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。連續(xù)變量糾纏態(tài)光場具有決定性和探測效率高的特點(diǎn)，在量子信息研究中起著重要的作用。連續(xù)變量糾纏態(tài)光場是實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量量子信息研究的基本量子資源。隨著量子網(wǎng)絡(luò)及量子計(jì)算的發(fā)展，人們需要更多組份糾纏態(tài)光場來完成更復(fù)雜的量子信息網(wǎng)絡(luò)研究。常見的多組份糾纏態(tài)包括Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）態(tài)、Cluster態(tài)、束縛糾纏態(tài)等多種形式。在制備糾纏態(tài)的過程中，由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中存在一些不可避免的損耗導(dǎo)致的退相干作用，使得糾纏態(tài)容易退化為混合態(tài)，束縛糾纏態(tài)光場是介于量子可分態(tài)和量子不可分態(tài)之間的一種特殊糾纏態(tài)光場，并且它的振幅分量信息和位相分量信息是完全對稱的，在量子信息系統(tǒng)中有著重要的作用。如果能夠進(jìn)一步提高糾纏源的質(zhì)量，增強(qiáng)其糾纏度，可以進(jìn)一步改善量子離物傳態(tài)的保真度，量子信息的傳輸速率與效率等等。所以增強(qiáng)束縛糾纏態(tài)光場的糾纏度是十分必要的。

目前多組份的束縛糾纏態(tài)光場已經(jīng)被制備出來，2012年，Jia Xiaojun等人在PHYSICAL REVIEW LETTERS上發(fā)表了“Superactivation of Multipartite UnlockableBound Entanglement”的論文，該文章將兩組份糾纏態(tài)光場的兩個(gè)子模分別和兩束加載有高斯噪聲的熱光場在1：1的分束器上耦合，得到了四組份的束縛糾纏態(tài)光場。

在上述文章中，最終獲得的四組份束縛糾纏態(tài)光場的糾纏度為5.2dB，是因?yàn)橛糜谥苽鋬山M份糾纏態(tài)光場的光學(xué)參量放大器為單個(gè)雙共振的駐波腔結(jié)構(gòu)，由于受到光學(xué)元器件自身性能不完美以及泵浦功率閾值較高的限制，僅輸出了糾纏度為5.5dB的兩組份糾纏態(tài)光場。其次，該文章僅僅考慮制備束縛糾纏態(tài)光場，而沒有設(shè)計(jì)如何增強(qiáng)束縛糾纏態(tài)光場的糾纏度。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，利用雙共振的光學(xué)參量放大器能有效地獲得兩組份糾纏態(tài)光場，比如，澳大利亞的實(shí)驗(yàn)小組采用雙共振的結(jié)構(gòu)獲得了兩組份糾纏態(tài)光場，但是所需要的泵浦光功率閾值比較高，獲得光場的糾纏度沒有太大的提高。為了降低光學(xué)諧振腔的閾值，國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)小組在腔內(nèi)加入了光楔等元件，但是因?yàn)樵黾恿斯鈱W(xué)元件的數(shù)量，使內(nèi)腔損耗增加，最后制備出來的糾纏態(tài)光場的糾纏度沒有被進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了四組份束縛糾纏源的糾纏增強(qiáng)裝置和實(shí)現(xiàn)方法，該裝置能夠制備出更好的束縛糾纏源，可以優(yōu)化量子信息系統(tǒng)，應(yīng)用前景廣闊。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

四組份束縛糾纏源的糾纏增強(qiáng)裝置，包括連續(xù)變量雙波長內(nèi)腔倍頻穩(wěn)頻激光器、第一模式清潔器、第二模式清潔器、相干反饋控制系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)和四套平衡零拍探測系統(tǒng)；

所述的第一模式清潔器和第二模式清潔器并聯(lián)位于所述的連續(xù)變量雙波長內(nèi)腔倍頻穩(wěn)頻激光器的光路下游，所述的第一模式清潔器和第二模式清潔器的光路下游通往相干反饋控制系統(tǒng)；相干反饋控制系統(tǒng)的輸出光場進(jìn)入下游的干涉系統(tǒng)，干涉后得到四組份的束縛糾纏態(tài)光場進(jìn)入下游的四套平衡零拍探測系統(tǒng)測量。