[發(fā)明專利]一種單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011037515.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN112051676A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周志遠(yuǎn);毛昉;李銀海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島鯤騰量子應(yīng)用技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/28
• 分類號(hào): G02B27/28;G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：該裝置包括沿光路方向依次設(shè)置的關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)和糾纏態(tài)制備模塊(2)；

所述關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)，用于生成自旋單光子束；

所述糾纏態(tài)制備模塊(2)，用于將自旋單光子束生成自旋軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)的單光子束，自旋軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)即雙自由度糾纏。

2.如權(quán)利要求1所述的單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述糾纏態(tài)制備模塊(2)包括沿關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)生成的自旋單光子束的光路方向依次設(shè)置的第二調(diào)制單元、軌道角動(dòng)量單元(24)；

所述第二調(diào)制單元，用于調(diào)整關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)生成的自旋單光子束的相位和光強(qiáng)；

所述軌道角動(dòng)量單元(24)，用于將第二調(diào)制單元射出的自旋單光子束生成自旋軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)的單光子束。

3.如權(quán)利要求2所述的單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第二調(diào)制單元包括沿光路方向依次設(shè)置的第二四分之一波片(21)、第二半波片(22)和第三偏振分束器(23)。

4.如權(quán)利要求2或3所述的單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：該裝置還包括量子態(tài)層析模塊(3)，所述量子態(tài)層析模塊(3)包括沿糾纏態(tài)制備模塊(2)生成的自旋軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)的單光子束的光路方向依次設(shè)置的第三透鏡(31)、第四四分之一波片(32)、第三半波片(33)、第四偏振分束器(34)、第四透鏡(35)、空間光相位調(diào)制器(36)；所述空間光相位調(diào)制器(36)，用于和已知軌道角動(dòng)量的橫向相位圖相互配合以獲知糾纏態(tài)制備模塊(2)制備出的自旋軌道角動(dòng)量單光子束的軌道角動(dòng)量；

所述第三透鏡(31)和第四透鏡(35)的焦距相等，所述第三透鏡(31)和第四透鏡(35)沿光路方向的間距為兩倍的該焦距；所述第三透鏡(31)和軌道角動(dòng)量單元(24)沿光路方向的間距為一倍的該焦距；所述空間光相位調(diào)制器(36)與第四透鏡(35)沿光路方向的間距為一倍的該焦距。

5.如權(quán)利要求4所述的單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述量子態(tài)層析模塊(3)還包括第五透鏡(37)和第六透鏡(38)；所述空間光相位調(diào)制器(36)與糾纏態(tài)制備模塊(2)制備出的自旋軌道角動(dòng)量單光子束的光路方向之間設(shè)置有夾角，用于使空間光相位調(diào)制器(36)對(duì)自旋軌道角動(dòng)量單光子束的反射方向偏離入射方向，所述第五透鏡(37)和第六透鏡(38)沿反射方向依次設(shè)置；

所述第五透鏡(37)的焦距和第六透鏡(38)的焦距相等，且等于第三透鏡(31)的焦距和第四透鏡(35)的焦距，第五透鏡(37)和第六透鏡(38)沿反射方向的間距為兩倍的該焦距，空間光相位調(diào)制器(36)和第五透鏡(37)沿反射方向的間距為一倍的該焦距；

所述關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)生成的自旋單光子束包括兩組自旋單光子束，兩組自旋單光子束構(gòu)成關(guān)聯(lián)光子束，其中一組射入至糾纏態(tài)制備模塊(2)；該裝置還包括光子探測(cè)模塊(4)，另一組自旋單光子束射入至光子探測(cè)模塊(4)；所述光子探測(cè)模塊(4)，用于獲取量子態(tài)層析模塊(3)經(jīng)第六透鏡(38)射出的自旋單光子束與關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)生成的另一組自旋單光子束構(gòu)成的關(guān)聯(lián)光子對(duì)。

6.如權(quán)利要求5所述的單光子雙自由度糾纏產(chǎn)生與測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述關(guān)聯(lián)光子源模塊(1)包括沿光路方向依次設(shè)置的激光器(111)、第一調(diào)制單元、第一透鏡(115)、非線性晶體(116)、第二透鏡(117)、第二偏振分束器(118)；所述第二偏振分束器(118)遠(yuǎn)離第二透鏡(117)的一側(cè)設(shè)置有第一濾光片(119)，所述第二偏振分束器(118)與第一濾光片(119)相鄰的一側(cè)設(shè)置有第二濾光片(120)，且第二濾光片(120)所在的光路方向與第一濾光片(119)所在的光路方向相垂直；所述第一濾光片(119)和第二濾光片(120)分別用于射出自旋單光子束；

所述第一調(diào)制單元，用于調(diào)整激光器(111)射出的單光子束的相位和光強(qiáng)。