量子比特的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量子比特的制备方法及装置，涉及量子信息技术领域。为了解决现有技术中仅能够实现制备特定量子比特状态的问题而发明专利技术。该装置包括：依次连接的单光子源、起偏器和改进型AMZI，其中：改进型AMZI包括偏振分束器、第一光波导、第二光波导、3dB耦合器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的相位调制器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的偏振旋转器；第一光波导的长度大于第二光波导，偏振分束器的输入端和起偏器连接，偏振分束器的两个输出端分别和第一光波导和第二光波导的输入端连接，第一、第二光波导的输出端分别与3dB耦合器的输入端连接。本发明专利技术应用在制备量子比特的过程中。

【技术实现步骤摘要】
量子比特的制备方法及装置
本专利技术涉及量子信息
，尤其涉及一种量子比特的制备方法及装置。
技术介绍
量子信息技术起源于20世纪80年代，主要包括了量子计算和量子通信两大方向。量子信息技术中的量子秘钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)技术，可提供物理上的无条件安全信息传输能力，被认为是一种安全性最高的加密方式。也正因为如此，目前QKD技术的应用越来越广泛。在QKD技术的实现过程中，密钥分发的前提是制备量子比特。目前，现有技术中提供了一种制备量子比特的装置及方法，如图1所示，具体包括：单光子光源11、12、13和14四个单光子光源、第一光波导15、第二光波导16和不等臂马赫曾德干涉仪(AsymmetricMach-ZehnderInterferometer，AMZI)17。其中，第二光波导16的长度大于第一光波导15的长度；AMZI17包括第三光波导171、第四光波导172、相位调制器173、两个3dB耦合器174，第三光波导171的长度大于第四光波导172的长度，相当于AMZI的两条干涉臂；相位调制器173位于任意一个干涉臂对应的传输路径上；两个3dB耦合器分别位于两条干涉臂的两端。其工作原理具体为：单光子光源11发出的单光子脉冲，经过第一光波导15形成一个前时序脉冲态|F>；单光子光源12发出的单光子脉冲，经过第二光波导16形成一个后时序脉冲态|S>；单光子光源13发出的单光子脉冲，经过AMZI17(相位调制器的相位为0)，输出前后时序脉冲的量子叠加态单光子光源14发出的单光子脉冲，经过AMZI(相位调制器的相位为π)，输出前后时序脉冲的量子叠加态现有的这种量子比特的制备装置及方法，仅能够实现制备特定量子比特状态，使量子信息处理的灵活性受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种量子比特的制备方法及装置，能够制备任意形态的量子比特。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种量子比特的制备装置，包括：依次连接的单光子源、起偏器和改进型不等臂马赫曾德干涉仪，其中：所述改进型不等臂马赫曾德干涉仪包括偏振分束器、第一光波导、第二光波导、3dB耦合器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的相位调制器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的偏振旋转器；所述第一光波导的长度大于所述第二光波导的长度，所述偏振分束器的输入端和所述起偏器连接，所述偏振分束器的第一输出端和所述第一光波导的输入端连接，所述偏振分束器的第二输出端和所述第二光波导的输入端连接，所述第一光波导和第二光波导的输出端分别与所述3dB耦合器的输入端连接；所述起偏器，用于将所述单光子源发射的单光子处理后输出偏振角为α的偏振光，α的取值范围为0度至360度；所述偏振分束器，用于将所述偏振角为α的偏振光分束后形成两个不同偏振方向的偏振光；所述第一光波导和第二光波导用于分别传输所述两个不同偏振方向的偏振光；其中，偏振旋转器，用于将沿着所述偏振旋转器对应的光波导传输的偏振光的偏振角旋转第一预设角度以使得所述第一光波导和第二光波导输出的偏振光的偏振角相同；相位调制器，用于将沿着所述相位调制器对应的光波导传输的偏振光的相位调制第二预设角度φ，所述第二预设角度φ的取值范围为0度至360度；所述3dB耦合器，用于将所述第一光波导和第二光波导输出的光叠加形成量子比特。结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述偏振分束器，用于将来自起偏器的出射光分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的出射光。结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述偏振旋转器，用于将来自偏振分束器的出射光的偏振旋转90度。结合第一方面，在第一方面的第三种实现方式中，所述装置还包括控制器，用于控制所述起偏器输出的偏振光的偏振角α和所述相位调制器调制的所述第二预设角度φ的取值。结合第一方面或者第一方面的第一种、第二种、第三种实现方式中的任意一种，在第一方面的第四种实现方式中，所述相位调制器位于所述第一光波导形成的传输路径上，所述偏振旋转器位于所述第二光波导形成的传输路径上。第二方面，本专利技术实施例提供一种量子比特的制备方法，应用于第一方面所述的装置，所述方法包括：起偏器将单光子源发射的单光子处理后输出偏振角为α的偏振光，α的取值范围为0度至360度；偏振分束器将所述偏振角为α的偏振光分束后形成两个不同偏振方向的偏振光；第一光波导和第二光波导分别传输所述两个不同偏振方向的偏振光，其中，在传输过程中，偏振旋转器将沿着所述偏振旋转器对应的光波导传输的偏振光的偏振角旋转第一预设角度以使得所述第一光波导和第二光波导输出的偏振光的偏振角相同；相位调制器将沿着所述相位调制器对应的光波导传输的偏振光的相位调制第二预设角度φ，φ的取值范围为0度至360度；所述3dB耦合器将所述第一光波导和第二光波导输出的光叠加形成量子比特。结合第二方面，在第二方面的第一种实现方式中，所述偏振分束器将所述偏振角为α的偏振光分束后形成两个不同偏振方向的偏振光，具体包括：所述偏振分束器将所述偏振角为α的偏振光分束后形成水平方向的偏振光和竖直方向的偏振光。结合第二方面的第一种实现方式，在第二方面的第二种实现方式中，当所述相位调制器位于第一光波导形成的传输路径上，所述偏振旋转器位于第二光波导形成的传输路径上，且所述第一光波导传输所述竖直方向的偏振光，所述第二光波导传输所述水平方向的偏振光时，所述3dB耦合器输出的量子比特为前后时序脉冲叠加态的量子比特：cosα|F>+exp(iφ)sinα|S>，其中，|F>为前时序脉冲态的量子比特；|S>为后时序脉冲态的量子比特。本专利技术实施例提供的量子比特的制备装置，对传统的不等臂马赫曾德干涉仪进行了改进，把传统的不等臂马赫曾德干涉仪的第一个3dB耦合器换成了偏振分束器，减少了3dB耦合器的数量，因而能够减少线路插入损耗；在制备量子比特时，位于单光子源和改进型不等臂马赫曾德干涉仪之间的起偏器能够将单光子源发射的单光子处理后输出任意角度的偏振光；然后采用偏振分束器代替现有技术中的3dB耦合器对起偏器输出的偏振光进行分束处理得到两个不同偏振方向的偏振光；第一光波导和第二光波导分别传输两个不同偏振方向的偏振光，且在传输的过程中为了保证分束后的两个方向的偏振光能够在3dB耦合器处干涉，采用了偏振旋转器将其中一个方向的偏振光偏振旋转。此外，改进型的不等臂马赫曾德干涉仪中的相位调制器，能够将其中一个方向的偏振光的相位调制到任意角度；最后3dB耦合器将两个相同方向的偏振光进行干涉叠加得到量子比特。由于起偏器能够将单光子源发出的光进行偏振得到任意角度的偏振光，以及改进型不等臂马赫曾德干涉仪中的相位调制器能够实现任意角度的调制，因而利用本专利技术提供的量子比特的制备装置能够实现制备任意形态的量子比特。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术提供的一种量子比特的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子比特的制备装置，其特征在于，包括：依次连接的单光子源、起偏器和改进型不等臂马赫曾德干涉仪，其中：所述改进型不等臂马赫曾德干涉仪包括偏振分束器、第一光波导、第二光波导、3dB耦合器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的相位调制器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的偏振旋转器；所述第一光波导的长度大于所述第二光波导的长度，所述偏振分束器的输入端和所述起偏器连接，所述偏振分束器的第一输出端和所述第一光波导的输入端连接，所述偏振分束器的第二输出端和所述第二光波导的输入端连接，所述第一光波导和第二光波导的输出端分别与所述3dB耦合器的输入端连接；所述起偏器，用于将所述单光子源发射的单光子处理后输出偏振角为α的偏振光，α的取值范围为0度至360度；所述偏振分束器，用于将所述偏振角为α的偏振光分束后形成两个不同偏振方向的偏振光；所述第一光波导和第二光波导用于分别传输所述两个不同偏振方向的偏振光；其中，偏振旋转器，用于将沿着所述偏振旋转器对应的光波导传输的偏振光的偏振角旋转第一预设角度以使得所述第一光波导和第二光波导输出的偏振光的偏振角相同；相位调制器，用于将沿着所述相位调制器对应的光波导传输的偏振光的相位调制第二预设角度φ，所述第二预设角度φ的取值范围为0度至360度；所述3dB耦合器，用于将所述第一光波导和第二光波导输出的光叠加形成量子比特。...

【技术特征摘要】
1.一种量子比特的制备装置，其特征在于，包括：依次连接的单光子源、起偏器和改进型不等臂马赫曾德干涉仪，其中：所述改进型不等臂马赫曾德干涉仪包括偏振分束器、第一光波导、第二光波导、3dB耦合器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的相位调制器、位于第一光波导或第二光波导形成的传输路径上的偏振旋转器；所述第一光波导的长度大于所述第二光波导的长度，所述偏振分束器的输入端和所述起偏器连接，所述偏振分束器的第一输出端和所述第一光波导的输入端连接，所述偏振分束器的第二输出端和所述第二光波导的输入端连接，所述第一光波导和第二光波导的输出端分别与所述3dB耦合器的输入端连接；所述起偏器，用于将所述单光子源发射的单光子处理后输出偏振角为α的偏振光，α的取值范围为0度至360度；所述偏振分束器，用于将所述偏振角为α的偏振光分束后形成两个不同偏振方向的偏振光；所述第一光波导和第二光波导用于分别传输所述两个不同偏振方向的偏振光；其中，偏振旋转器，用于将沿着所述偏振旋转器对应的光波导传输的偏振光的偏振角旋转第一预设角度以使得所述第一光波导和第二光波导输出的偏振光的偏振角相同；相位调制器，用于将沿着所述相位调制器对应的光波导传输的偏振光的相位调制第二预设角度φ，所述第二预设角度φ的取值范围为0度至360度；所述3dB耦合器，用于将所述第一光波导和第二光波导输出的光叠加形成量子比特。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振分束器，用于将来自起偏器的出射光分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的出射光。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述偏振旋转器，用于将来自偏振分束器的出射光的偏振旋转90度。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器，用于控制所述起偏器输出的偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱懿，付莱德·致衡·冯，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44