用于量子系统的多芯体环形光纤以及所述系统技术方案

技术编号:28032112 阅读:45 留言:0更新日期:2021-04-09 23:13
公开了用于量子系统的多芯体环形光纤以及所述系统。多芯体光纤包括设置在包层中的多个波导芯体。所述多个波导芯体包括具有第一传播常数的一个或多个第一波导芯体和具有第二传播常数的一个或多个第二波导芯体,其中第一传播常数与第二传播常数不同。所述一个或多个第一波导芯体和所述一个或多个第二波导芯体以环形分布设置在包层中,并且至少一部分的环形分布基于具有多个序列区段的准周期序列排列。每个序列区段基于准周期函数来确定,具有阶,并且对应于第一波导芯体、第二波导芯体或其组合的排列区段。环形分布包括与准周期序列的三阶或更高阶序列区段对应的至少一个排列区段。

【技术实现步骤摘要】
用于量子系统的多芯体环形光纤以及所述系统相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求2019年10月8日提交的系列号为62/912414的美国临时申请的优先权权益,本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。背景本公开涉及适用于量子系统的多芯体光纤,以及包含所述多芯体光纤的系统。更具体地,本公开涉及包含多芯体环形光纤,例如芯体以准周期序列排列的多芯体环形光纤的系统,以用于实现定域量子游走。
技术实现思路
根据本公开的主题,多芯体光纤包括设置在光纤包层中的多个光纤芯体。该多个芯体包括一个或多个第一波导芯体和一个或多个第二波导芯体。所述一个或多个第一波导芯体具有第一传播常数,所述一个或多个第二波导芯体具有第二传播常数,并且第一传播常数与第二传播常数不相同。所述一个或多个第一波导芯体和所述一个或多个第二波导芯体以环形分布被设置在包层中,并且至少一部分的环形分布基于具有多个序列区段的准周期序列排列。进一步地,每个序列区段基于准周期函数来确定,每个序列区段具有阶(order),每个序列区段对应于一个或多个第一波导芯体、一个或多个第二波导芯体或其组合的排列区段。另外,设置在包层中的第一和第二波导芯体的环形分布包括与准周期序列的三阶或更高阶序列区段对应的至少一个排列区段。根据本公开的一个实施方式,确定光子概率分布的方法包括:将用光子发生器产生的多个光子引导到多芯体光纤的单个波导芯体的输入端中。所述多芯体光纤包括设置在包层中的多个波导芯体。该多个芯体包括一个或多个第一波导芯体和一个或多个第二波导芯体。所述一个或多个第一波导芯体具有第一传播常数,所述一个或多个第二波导芯体具有第二传播常数,并且第一传播常数与第二传播常数不相同。所述一个或多个第一波导芯体和所述一个或多个第二波导芯体以环形分布被设置在包层中,并且至少一部分的环形分布基于具有多个序列区段的准周期序列排列。进一步地,每个序列区段基于准周期函数来确定,每个序列区段具有阶,每个序列区段对应于一个或多个第一波导芯体、一个或多个第二波导芯体或其组合的排列区段。另外,设置在包层中的第一和第二波导芯体的环形分布包括与准周期序列的三阶或更高阶序列区段对应的至少一个排列区段。所述方法还包括:使用多个光子检测器接收多个光子,其中,所述多个光子检测器中的每个光子检测器光学耦合到所述多个芯体中的至少一个芯体的输出端,以及基于由多个光子检测器接收到的多个光子来确定光子概率分布。虽然本公开的构思主要参考量子游走来描述,但应理解,这些构思将适用于任何量子系统,例如:量子信息系统、量子通信系统、量子计算系统和量子模拟。附图说明当结合以下附图阅读时,可对下文本公开的具体的实施方式的详细描述有最好的理解,附图中相同的结构用相同的附图标记表示,其中:当结合以下附图阅读时,可对下文本公开的具体的实施方式的详细描述有最好的理解,附图中相同的结构用相同的附图标记表示,其中:图1根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了包括光子发生器、多芯体光纤和光子检测器的通信系统;图2和2A根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了示例性多芯体光纤的截面图;图2B根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了另一种示例性多芯体光纤的截面图;图2C根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了另一种示例性多芯体光纤的截面图;图3A示意性描绘了一种示例性多芯体光纤的截面图;图3B描绘了与图3A对应的制成的多芯体光纤的截面图图像;图3C根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,图示了使用包含图3B的光纤的通信系统来确定的测得的光子概率分布;图3D图示了使用本文所示和所述的一个或多个实施方式的通信系统来确定的模型化光子概率分布,所述通信系统利用图3B的多芯体光纤;图4A根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了另一种示例性多芯体光纤的截面图;图4C根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,图示了使用包含图4A的光纤的通信系统来确定的测得的光子概率分布;图4B描绘了与图4A的光纤对应的制成的多芯体光纤的截面图图像;图4C根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,图示了使用包含图4B的光纤的通信系统来确定的测得的光子概率分布;图4D根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,图示了使用包含图3A的光纤的通信系统来确定的模型化光子概率分布;图5例示了用于波导芯体的准周期数组的递推构造的一般规则;图6例示了波导芯体的示例性斐波那契(Fibonacci)数组序列(FAWC)的构造;图7A例示了4阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF4)中的芯体环形分布的构造;图7B例示了5阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF5)中的芯体环形分布的构造;图7C例示了6阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF6)中的芯体环形分布的构造;图8A-8C例示了具有芯体环形分布的多芯体光纤中的量子游走中的光子的概率分布的模拟结果,其中,芯体分别包括15个波导芯体、23个波导芯体和39个波导芯体。图8D例示了在包含4阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF4)并具有15个波导芯体的系统中,在量子游走中的光子的概率分布的模拟结果;图8E例示了在包含5阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF5)并具有23个芯体的系统中,在量子游走中的光子的概率分布的模拟结果;图8F例示了在包含6阶斐波那契多芯体环形光纤(FMCRF6)并具有39个芯体的系统中,在量子游走中的光子的概率分布的模拟结果;图9根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,示意性描绘了包括光子发生器(光源)、多芯体光纤和光子检测器的系统;图10根据本文所示和所述的一个或多个实施方式,例示了由用于检测波导芯的位置的算法所提供的示例性图像。具体实施方式量子游走在量子通信和量子计算中,例如,在量子算法和量子模拟的开发中具有各种潜在应用。量子游走可以增加计算速度并促进问题的解决,而这些问题的解决对于使用经典计算机是不可行的。此外,由于光子的波粒二相性,因此其可用于进行量子游走。在量子游走中出现的一种现象是定域性,其在无序介质中没有波的扩散。定域量子游走可以得到对称的概率分布并因此使得定域的量子游走显示出在量子通信中的应用潜力,例如,使用定域的光子态来安全传输信息以及使用定域的光子态作为量子储存器。使用波导的随机无序系统(例如空间或短暂无序)可以实现定域量子游走,但是这需要大量随机无序系统,并且需要将每个系统的随机性控制在限定的无序范围内。另外,在空间随机无序系统中不可得到导致对称概率分布的定域量子游走,而虽然通过使用多个量子币可以利用短暂随机无序系统实现具有对称概率分布的定域量子游走,但是多量子币方法在现实中难以实施。因此,需要改进的方法和系统来实现定域量子游走。现将详细参考用于实现改进的定域量子游走的通信系统的实施方式。所述通信系统包括多芯体光纤,其包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多芯体光纤,其包括:/n包层,/n设置在包层中的多个芯体,其中:/n所述多个芯体包括一个或多个第一波导芯体和一个或多个第二波导芯体;/n所述一个或多个第一波导芯体包括第一传播常数,所述一个或多个第二波导芯体包括第二传播常数,并且第一传播常数与第二传播常数不相同;/n所述一个或多个第一波导芯体和所述一个或多个第二波导芯体以环形分布设置在包层中,并且至少一部分的环形分布基于准周期序列来排列,所述准周期序列包括多个序列区段,其中:/n每个序列区段基于准周期函数来确定;/n每个序列区段包括阶;并且/n每个序列区段对应于一个或多个第一波导芯体、一个或多个第二波导芯体、或者其组合的排列区段;和/n设置在包层中的第一和第二波导芯体的环形分布包括与准周期序列的三阶或更高阶序列区段对应的至少一个排列区段。/n

【技术特征摘要】
20191008 US 62/912,4141.一种多芯体光纤,其包括:
包层,
设置在包层中的多个芯体,其中:
所述多个芯体包括一个或多个第一波导芯体和一个或多个第二波导芯体;
所述一个或多个第一波导芯体包括第一传播常数,所述一个或多个第二波导芯体包括第二传播常数,并且第一传播常数与第二传播常数不相同;
所述一个或多个第一波导芯体和所述一个或多个第二波导芯体以环形分布设置在包层中,并且至少一部分的环形分布基于准周期序列来排列,所述准周期序列包括多个序列区段,其中:
每个序列区段基于准周期函数来确定;
每个序列区段包括阶;并且
每个序列区段对应于一个或多个第一波导芯体、一个或多个第二波导芯体、或者其组合的排列区段;和
设置在包层中的第一和第二波导芯体的环形分布包括与准周期序列的三阶或更高阶序列区段对应的至少一个排列区段。


2.如权利要求1所述的多芯体光纤,其中,至少一部分的环形分布包括与准周期序列的一阶序列区段至五阶序列区段对应的相邻排列区段。


3.如权利要求1所述的多芯体光纤,其中,至少一部分的环形分布包括至少与准周期序列的三阶序列区段和四阶序列区段对应的相邻排列区段。


4.如权利要求1-3中任一项所述的多芯体光纤,其中,准周期序列的三阶序列区段对应于包括至少一个第一波导芯体和至少一个第二波导芯体的排列区段。


5.如权利要求1-3中任一项所述的多芯体光纤,其中:
准周期序列包括斐波那契序列;
斐波那契序列的准周期函数包括SN+1=SN-1SN;并且
SN包括N阶的序列区段并且对应于N阶排列区段。


6.如权利要求5所述的多芯体光纤,其中:
S1=A,其中A包括一阶序列区段并且对应于一阶排列区段,其包括单个第一波导芯体;
S2=B,其中B包括二阶序列区段并且对应于二阶排列区段,其包括单个第二波导芯体;
S3=S1S2=AB,其中,AB包括三阶序列区段并且对应于三阶排列区段,其包括与二阶排列区段相邻的一阶排列区段;并且
S4=S2S3=BAB,其中,BAB包括四阶序列区段并且对应于四阶排列区段,其包括与三阶排列区段相邻的二阶排列区段。


7.如权利要求1-3中任一项所述的多芯体光纤,其中:
准周期序列包括图埃-摩斯序列;
图埃-摩斯序列的准周期函数包括
TN包括N阶的序列区段并且对应于N阶排列区段;并且

包括TN序列区段的布尔补码的序列区段,并且对应于N阶排列区段的布尔补码。


8.如权利要求7所述的多芯体光纤,其中:
T1=A,其中A包括一阶序列区段并且对应于一阶排列区段,其包括单个第一波导芯体;
T2=B,其中B包括二阶序列区段并且对应于二阶排列区段,其包括单个第二波导芯体;

其中,BA包括三阶序列区段并且对应于三阶排列区段,其包括与二阶排列区段的布尔补码相邻的二阶排列区段;并且

其中,BAAB包括四阶序列区段并且对应于四阶排列区段,其包括与三阶排列区段的布尔补码相邻的三阶排列区段。


9.如权利要求1-3中任一项所述的多芯体光纤,其中:
准周期序列包括鲁丁-夏皮罗序列;
鲁丁-夏皮罗序列的准周期函数包括四元素替换序列,其中,P→PQ,Q→PR,R→SQ并且S→SR,使得:
S1=P;
S2=PQ;
S3=PQPR;
S4=PQPRPQSQ;并且
S5=PQPRPQSQPRSRPR,其中,将四元素替换序列映射到二元素序列上,其中,(P,Q)→A且(R,S)→B,每种A的情况对应于单独的第一波导芯体,并且每种B的情况对应于单独的第二波导芯体,使得:
S1=A,其中S1是一阶序列区段并且对应于包括A的一阶排列区段;
S2=AA,其中S2是二阶序列区段并且对应于包括AA的二阶排列区段;
S3=AAAB,其中S3是三阶序列区段并且对应于包括AAAB的三阶排列区段;
S4=AAABAABA,其中S4是四阶序列区段并且对应于包括AAABAABA的四阶排列区段;并且
S5=AAABAABAABBBAB,其中S5是五阶序列区段并且对应于包括AAABAABAABBBAB的五阶排列区段。


10.如权利要求1-3中任一项所述的多芯体光纤,其中,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:N·F·博雷利R·R·赫拉帕孔D·T·恩古延T·A·T·恩古延D·A·诺兰
申请(专利权)人:康宁股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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