[發明專利]一種偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法

有效

• 申請號: 202110288366.3
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112882260B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 盛宇波;楊夢瑩;周瀾;鐘偉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/35;G02F1/39
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發明公開了一種偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法，包括：通過激光器產生一束水平偏振的泵浦光，通過非偏振分束器以等概率分為兩路；其中一路通過直角棱鏡，以此使光子攜帶不同的時間片段；兩路光抵達第二個非偏振分束器后再次分為兩路，分別通過半波片一與半波片二，再通過二向色鏡與偏振分束器，進入薩尼亞克干涉儀，不同傳播方向的光疊加在偏振分束器上被確定的分為不同的空間模式，最終產生偏振、空間、時間片段三自由度的超糾纏；本發明能夠制備出偏振、空間、時間片段三個自由度的超糾纏光子對，可在單個光子上編碼更多量子信息，在未來的高維量子通信中將會有重要的應用。

技術領域

本發明涉及量子通信的技術領域，尤其涉及一種偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法。

背景技術

量子糾纏是用于量子信息處理的有效資源，在近幾十年里，量子糾纏已經在量子通信和量子計算中得到廣泛應用，例如量子密碼學、密集編碼、量子隱形傳態以及量子密鑰分發等等。

由于光子的易操控和易制備的優點，糾纏光子對被人們廣泛使用，而且人們可以利用光子的多個自由度(Degree Of Freedom，DOF)來編碼量子糾纏，包括偏振、空間路徑、軌道角動量、時間片段和頻率等。這些DOF中的某些可以彼此獨立地存在，從而可以同時糾纏一個以上的DOF，稱為超糾纏。糾纏在多個DOF中的光子對可以攜帶更多的量子信息，從而使其對于高容量量子通信具有吸引力。1995年，Kwiat等利用自發參量下轉換方法首次在實驗上實現了兩光子偏振糾纏Bell態的成功制備，隨后的幾年里，三光子以及多光子糾纏態的制備方案被Pan等相繼提出。

目前，最容易實現和可控制的糾纏源來自非線性光學晶體中自發的參量下轉換過程。在自發參量下轉換過程中，來自強泵浦激光器(p)的光子會自發地衰減為兩個子光子，通常稱為信號(s)光子和空閑(i)光子，可以對其進行調整以表現出各種光子自由度的糾纏。

在目前的研究中，對單個DOF以及兩個DOF的糾纏源的研究較為常見，但是這種糾纏源產生的光子攜帶的信息比高維糾纏源的光子要少。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明提供了一種偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法，能夠解決現有糾纏源產生的光子攜帶的信息少的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：包括，通過激光器產生一束水平偏振的泵浦光，而后通過非偏振分束器一將所述泵浦光以等概率分為兩路，兩路光子進入直角棱鏡，進而產生了攜帶兩種不同的時間片段的光子；通過所述非偏振分束器二將所述光子分為路徑a與b；通過半波片分別對所述路徑a與b的光子進行偏振處理；偏振處理完的路徑a與b的光子通過二向色鏡和偏振分束器進入薩尼亞克干涉儀，產生轉換光子；通過將所述轉換光子疊加在所述偏振分束器上，獲得不同空間模式的轉換光子，由此產生偏振、空間、時間片段三個自由度的超糾纏光子對。

作為本發明所述的偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法的一種優選方案，其中：所述兩種不同的時間片段的光子包括，通過50:50的非偏振分束器以相同的概率將所述水平偏振的泵浦光|H分為兩路：

其中，一路通過直角棱鏡的光子的時間片段為t₁，另一路光子的時間片段為t₂。

作為本發明所述的偏振、空間、時間片段三自由度超糾纏的制備方法的一種優選方案，其中：分為所述路徑a與b包括，