[發明專利]一種基于鉆石光力腔的頻率無縫連接的態轉換系統和方法

有效

• 申請號: 202110127123.1
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112925145B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 郝赫;李貴蘭;高紅衛
• 申請（專利權）人: 北京無線電測量研究所
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳曉華

本發明涉及一種基于鉆石光力腔的頻率無縫連接的態轉換系統和方法，包括至少一個量子節點，每個量子節點均包括鉆石光力腔結構；還包括分別作用在每個鉆石光力腔結構上的第一激發裝置、第二激發裝置和第三激發裝置；利用第一激發裝置發出的第一激發光和第二激發裝置發出的第二激發光完成任一量子節點從自旋態向機械態的無縫轉換或從機械態向自旋態的無縫轉換；利用第三激發裝置發出的第三激發光完成任一量子節點從機械態向光學態的無縫轉換或從光學態向機械態的無縫轉換。本發明基于鉆石光力腔結構，以機械態為媒介，實現了從自旋態、機械態到光學態的頻率無縫連接轉化，對于量子網絡的規模化、固態化發展具有積極推進作用。

技術領域

本發明涉及量子信息技術領域，尤其涉及一種基于鉆石光力腔的頻率無縫連接的態轉換系統和方法。

背景技術

近年來，量子信息技術迅猛發展，無論是量子通信還是量子計算的發展，都依賴于規模化量子網絡的建立以及信息在網絡中的高保真、低損耗、長距離的傳輸。量子信息的載體可以有光子、聲子、電子自旋等多種形式，光子適合做信息長距離傳輸的載體，聲子和自旋適合作信息存儲的載體。在規模化的量子網絡中，實現不同量子載體之間的信息傳遞，也即在物理層面實現不同量子態之間的轉化，是量子網絡規模化建設的重要環節。然而，目前在不同量子信息載體之間實現態轉換，需要滿足頻率匹配的要求，這大大限制了量子信息載體在量子網絡中普適化的發展和交叉應用。

目前，以氮空位鉆石色心的電子自旋為代表的固態量子信息載體在量子信息存儲和操作方面表現出極大的優勢，如何將這類固態量子信息載體與現有通訊波段的量子通道相連接，構建全固態量子網絡，是量子信息技術領域以及產業發展的一個瓶頸。制約這項技術發展的是電子自旋和通訊波段光子之間的頻率不匹配，目前比較常用的解決方法有兩種，一種是基于電光效應或晶體光學的頻率轉換的方案，通過引入非線性光學效應，彌補自旋和光子之間的頻率失諧。但是，這類方法的實現依然對光子頻率和固態量子信息載體發射頻率有著嚴格的共振要求，不合適規模化網絡中不同固態量子信息載體的應用。另一種方法是基于光力腔結構的態轉換方式，通過借助光力微腔結構的機械振動模式，實現了任意頻率的光子態和自旋態之間的轉化，克服了頻率匹配的難點。但是，在系統實施方案上，還需要滿足光力腔結構的機械模式和固態自旋態之間的頻率匹配，此方案距離真正的任意頻率的態轉換還有一定的差距，限制了在量子網絡規模化的實現。

因此，提出一種自旋態和光子態之間頻率無縫連接的態轉換方案是一種必然趨勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于鉆石光力腔的頻率無縫連接的態轉換系統和方法，可以使自旋態與光子態的轉換不依賴頻率特性，做到自旋態與任意頻率的光子相互作用和轉換，實現了從自旋態、機械態到光學態的頻率無縫連接轉化，對于量子網絡的規模化、固態化發展具有積極推進作用。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種基于鉆石光力腔的頻率無縫連接的態轉換系統，包括至少一個量子節點，其中，每個量子節點均包括鉆石光力腔結構；

還包括分別作用在每個鉆石光力腔結構上的第一激發裝置、第二激發裝置和第三激發裝置；

所述第一激發裝置用于分別向每個鉆石光力腔結構提供第一激發光，所述第二激發裝置用于分別向每個鉆石光力腔結構提供第二激發光，所述第三激發裝置用于分別向每個鉆石光力腔結構提供第三激發光；

對于任一個鉆石光力腔結構，用于在對應的第一激發光和第二激發光的共同作用下，完成對應的量子節點從自旋態向機械態的無縫轉換或從機械態向自旋態的無縫轉換；還用于在對應的第三激發光的作用下，完成對應的量子節點從機械態向光學態的無縫轉換或從光學態向機械態的無縫轉換。