一种连续变量纠缠产生装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续变量纠缠产生的装置和方法，该装置包括高阶横模像散补偿装置，通过弥补高阶横模的像散效应，在单个OPO同时产生多对连续变量高阶横模纠缠态，实现连续变量多组份纠缠，这种纠缠态亦是同时具有轨道角动量和自旋角动量纠缠的超纠缠态。本发明专利技术结构简单，易于操控，实用性强，可以用于空间测量，图像处理和量子通讯中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子信息领域的纠缠态产生装置，具体涉及一种连续变量纠缠产生装置，更具体地说是一种产生多对连续变量高阶横模纠缠态的装置。
技术介绍
纠缠态作为量子信息科学中重要的资源，被广泛应用到量子离物传态、量子计算和量子密钥分发等领域，它保证了量子信息的通讯和处理更为有效和安全。在此之前相关的研究工作有 I. 2005年,苏小龙等人在Phys. Rev. Lett上发表了题为“连续变量四组份cluster和GHZ纠缠态的实验产生”的文章，该工作利用多对两组份纠缠态，通过在分束器上线性耦合，产生了 4组份纠缠态。'2. Matthew Pysher等人发在Phys. Rev. Lett上发表了题为“四组份频率梳纠缠态的产生”的文章，该工作利用特殊构造的PPKTP晶体产生多对频率梳纠缠态。3. A. S. Coelho等人在Science发表了题为“三色纠缠”的文章，他们将KTP晶体冷却到零下23度时，利用OPO过程产生了三组份纠缠态。4. M. Lassen等人在Phys. Rev. Lett上发表了题为“连续变量轨道角动量压缩和纠缠态”的文章，他们利用一类OPO过程，产生了同时HGOl和HGlO模的压缩光。上述第一篇文章中，对于多组分纠缠的产生必须用到多个对于多组分纠缠态的产生一般采用多对两组份纠缠的线性干涉的方式产生，这样要得到多组份纠缠态则需要多个OPO的参与，这种情况下，多组分纠缠态的产生实验装置变得庞大和复杂。第二篇文章中，是通过一个OPO腔产生频率梳式的多对纠缠态，实验装置也较为简单，只是基横模、一种类型的纠缠态。第三篇文章中，只是实现了基横模三组份纠缠的产生，要求系统工作在温度为零下23度时。上述三篇文章都是一般的基横模纠缠，都未涉及到轨道角动量纠缠。第四篇文章中，只给出一种产生多模压缩的实验装置，未能产生多组份纠缠态。
技术实现思路
基于
技术介绍
，本专利技术的目的是提供一种结构简单、易于操控的连续变量纠缠产生装置，该装置可以通过单个OPO装置同时产生多对高阶横模纠缠态，实现连续变量多组份纠缠、这种纠缠态亦是同时具有轨道角动量和自旋角动量纠缠的超纠缠态。本专利技术首先提供一种高阶横模像散补偿装置，依次包括第一双折射晶体(10)、半波片(11)和第二双折射晶体(12)，它们共轴设置，所述的第一双折射晶体(10)与第二双折射晶体(12)的晶轴夹角为90度，第一双折射晶体(10)与半波片(11)的晶轴夹角为45度。本专利技术提供的一种连续变量纠缠产生装置，包括非线性晶体，所述的非线性晶体用上述高阶横模像散补偿装置代替。一种产生多对高阶横模纠缠态的方法，是将高阶横模注入到上述连续变量纠缠产生装置中，并将该装置锁定在注入的高阶横模上。基于高阶横模的正交性，一束光上可以同时存在多个高阶横模，他们之间相互独立、互不影响。对于厄米高斯模HGmn模来说，只要m+n的值相同，则这些模就可以在同一个光学腔中共振。例如当m+n=4时，HG04、HG13、HG22、HG31和HG40模可以同时在一个光学腔中共振。这种情况下，当HGOO模的泵浦场泵浦具有二类非线性晶体的光学腔，且腔与HGmn模共振时，经过非线性相互作用，最后光学腔可以产生输出多对高阶横模纠缠态，例如m+n=4 时，HG04、HG13、HG22、HG31 和 HG40 模同时纠缠。本专利技术设计的连续变量多组份纠缠的产生装置与已报道的同类纠缠产生装置相比有以下优点I.装置简单，易于操控，实用性强。 2.通过单个OPO可以同时产生多对连续变量纠缠态，理论上可以无限扩展到N组份。3.高阶横模的纠缠态，其应用更加广泛，例如空间测量，图像处理等。4.这种纠缠态亦是同时具有轨道角动量和自旋角动量纠缠的超纠缠态。可以用于量子通讯中用于提高信道的容量。附图说明图I是高阶横模像散补偿装置示意2是多对高阶横模纠缠态产生装置示意3两对纠缠态(HG01模和HGlO模)产生装置示意4两对纠缠态(HG01模和HGlO模)产生结果图具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明图I是高阶横模像散补偿装置示意图。首先将一对相同长度，相同类型的第一双折射晶体10和第二双折射晶体12，以90度相对旋转放置，其中x、y和z为晶体的晶轴。然后，将半波片11插入到两晶体10和12之间，半波片11相对于第一双折射晶体10晶轴的角度为45度。其中，Cl和C2为波片11的晶轴方向(图lb)。假如分别有两束不同偏振(el和e2)的HGmn模光束通过本装置其Gouy相位对于el偏振光为_el ^ (m + n+ 1)(^ +#f),对于2偏振光为e #e2 二 (m + n + \)(0f +0f) 4人上式中可以看出，通过上述方法，对于偏振相同的所有m+n值相同的高阶模的Gouy相位相同，达到晶体双折射效应引起的高阶模像散的补偿，使他们可以在同一光学腔中同时共振输出。再将两块晶体分别控温，通过调节晶体的温度则可以使Oel = 从而补偿任意偏振的高阶模像散。图2是多对高阶横模纠缠态产生装置示意图，高阶横模HGmn模5作为注入场以45度线偏振输入到OPO中，其中OPO腔由输入平凹镜I和输出平凹镜3构成，输出平凹镜3为纠缠态的输出镜，OPO腔中放置高阶横模像散补偿装置2，OPO泵浦场4为HGOO模，其频率为注入场的两倍，当腔锁定到注入场5上时，OPO产生包含有多对高阶模的纠缠的输出场6。图3为两对纠缠态(HG01模和HGlO模)产生装置示意图，包括单频双波长(540nm和1080nm)输出激光器(LASER)，用于模式转化的模式转换器(MCR)，HGOl模5作为OPO的注入场，半波片6用于调节注入场偏振，输入平凹镜I (HR@540nm&1080nm)和输出平凹镜3(T=4. 24%il080nm, ARi540nm)构成的OPO腔，平凹镜的曲率半径为R=30mm，高阶横模像散补偿装置2中双折射晶体为非线性晶体KTP，540nm的HGOO模泵浦场4，用于锁定泵浦场4与注入场5相对相位的压电陶瓷9。当泵浦场4功率为300mW，OPO腔锁定到注入场HGOl模上且压电陶瓷9锁定到时，OPO腔可以输出HGOl模纠缠态7和HGlO模纠缠态8，最后通过平衡零拍装置(BHD)探测。在分析频率5MHz处测量结果如图4所示，图中黑线为散粒噪声基准(SNL)，其中，(al)HGOl模振幅关联噪声，其中红线为振幅和关联噪声，蓝线为振幅差关联噪声，可以看出，HGOl模之间具有0. 56dB的振幅和压缩和I. 2dB的振幅差反压缩。(bl) HGOl模位相关联噪声，其中红线为位相差关联噪声，蓝线为相位和关联噪声，可以看出，HGOl模纠缠且HGOl模之间具有0. 76dB的位相差压缩和I. 17dB的位相和反压缩。(a2) HGlO模振幅关联噪声，其中红线为振幅和关联噪声，蓝线为振幅差关联噪声，可以看出，HGlO模之间具有0. 68dB的振幅和压缩和I. 13dB的振幅差反压缩。(b2)HG10模位相关联噪声，其中红线为位相差关联噪声，蓝线为相位和关联噪声，可以看出，HGlO模纠缠且HGlO模之间具有0. 91dB的位相差压缩和I. 40dB的位相和反压缩。结果表明，同时产生了HGOl模和HGlO模的纠缠态。而且此光场为连续变量超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阶横模像散补偿装置，其特征在于，依次包括第一双折射晶体(10)、半波片(11)和第二双折射晶体(12)，它们共轴设置，所述的第一双折射晶体(10)与第二双折射晶体(12)的晶轴夹角为90度，第一双折射晶体(10)与半波片(11)的晶轴夹角为45度。2.一种连续变量纠缠产生装置，包括非线性晶体，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜江瑞，刘奎，崔淑珍，张俊香，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：