本发明专利技术公开了一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，包括：通过激光器产生一束水平偏振的泵浦光，通过非偏振分束器以等概率分为两路；其中一路通过直角棱镜，以此使光子携带不同的时间片段；两路光抵达第二个非偏振分束器后再次分为两路，分别通过半波片一与半波片二，再通过二向色镜与偏振分束器，进入萨尼亚克干涉仪，不同传播方向的光叠加在偏振分束器上被确定的分为不同的空间模式，最终产生偏振、空间、时间片段三自由度的超纠缠；本发明专利技术能够制备出偏振、空间、时间片段三个自由度的超纠缠光子对，可在单个光子上编码更多量子信息，在未来的高维量子通信中将会有重要的应用。
【技术实现步骤摘要】
一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法
本专利技术涉及量子通信的
，尤其涉及一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法。
技术介绍
量子纠缠是用于量子信息处理的有效资源，在近几十年里，量子纠缠已经在量子通信和量子计算中得到广泛应用，例如量子密码学、密集编码、量子隐形传态以及量子密钥分发等等。由于光子的易操控和易制备的优点，纠缠光子对被人们广泛使用，而且人们可以利用光子的多个自由度(DegreeOfFreedom，DOF)来编码量子纠缠，包括偏振、空间路径、轨道角动量、时间片段和频率等。这些DOF中的某些可以彼此独立地存在，从而可以同时纠缠一个以上的DOF，称为超纠缠。纠缠在多个DOF中的光子对可以携带更多的量子信息，从而使其对于高容量量子通信具有吸引力。1995年，Kwiat等利用自发参量下转换方法首次在实验上实现了两光子偏振纠缠Bell态的成功制备，随后的几年里，三光子以及多光子纠缠态的制备方案被Pan等相继提出。目前，最容易实现和可控制的纠缠源来自非线性光学晶体中自发的参量下转换过程。在自发参量下转换过程中，来自强泵浦激光器(p)的光子会自发地衰减为两个子光子，通常称为信号(s)光子和空闲(i)光子，可以对其进行调整以表现出各种光子自由度的纠缠。在目前的研究中，对单个DOF以及两个DOF的纠缠源的研究较为常见，但是这种纠缠源产生的光子携带的信息比高维纠缠源的光子要少。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，能够解决现有纠缠源产生的光子携带的信息少的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括，通过激光器产生一束水平偏振的泵浦光，而后通过非偏振分束器将所述泵浦光以等概率分为两路，进而产生了携带两种不同的时间片段的光子；通过所述非偏振分束器将所述光子分为路径a与b；通过半波片分别对所述路径a与b的光子进行偏振处理；偏振处理完的路径a与b的光子通过二向色镜和偏振分束器进入萨尼亚克干涉仪，产生转换光子；通过将所述转换光子叠加在所述偏振分束器上，获得不同空间模式的转换光子，由此产生偏振、空间、时间片段三个自由度的超纠缠光子对。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：所述两种不同的时间片段的光子包括，通过50：50的非偏振分束器以相同的概率将所述水平偏振的泵浦光|H>分为两路：其中，一路通过直角棱镜的光子的时间片段为t1，另一路光子的时间片段为t2。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：分为所述路径a与b包括，作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：所述偏振处理包括，所述路径a与b的光子通过预设角度为22.5度的半波片1、半波片2获得偏振处理的结果如下：其中，|V>为垂直偏振光。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：所述转换光子包括，所述偏振处理完的路径a与b的光子进入所述萨尼亚克干涉仪后顺时针或者逆时针传播，经过周期性极化的磷酸钛钾晶体和一个预设角度为45度的半波片3，生成所述转换光子。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：所述半波片3包括，|H>→|V>，|V>→|H>。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：还包括，所述偏振处理完的路径a与b的光子进入所述萨尼亚克干涉仪后变为：|Ht1>a→|Ht1>2→|Ht1>2|Vt1>2→|Vt1>1|Ht1>1→|Vt1>a2|Ht1>a1，|Ht1>b→|Ht1>2→|Ht1>2|Vt1>2→|Vt1>1|Ht1>1→|Vt1>b2|Ht1>b1，|Vt1>a→|Vt1>1→|Ht1>1→|Ht1>2|Vt1>2→|Ht1>a2|Vt1>a1，|Vt1>b→|Vt1>1→|Ht1>1→|Ht1>2|Vt1>2→|Ht1>b2|Vt1>b1，|Ht2>a→|Ht2>2→|Ht2>2|Vt2>2→|Vt2>1|Ht2>1→|Vt2>a2|Ht2>a1，|Ht2>b→|Ht2>2→|Ht2>2|Vt2>2→|Vt2>b2|Ht2>b1，|Vt2>a→|Vt2>1→|Ht2>1→|Ht2>2|Vt2>2→|Ht2>a2|Vt2>a1，|Vt2>b→|Vt2>1→|Ht2>1→|Ht2>2|Vt2>2→|Ht2>b2|Vt2>b1。作为本专利技术所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的一种优选方案，其中：所述不同空间模式的转换光子包括，本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术通过利用一系列线性光学器件与光子在非线性晶体中发生的自发参量下转换过程，能够制备出偏振、空间、时间片段三个自由度的超纠缠光子对，可在单个光子上编码更多量子信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术第一个实施例所述的一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术第一个实施例所述的一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法的原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术的保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：包括，/n通过激光器产生一束水平偏振的泵浦光，而后通过非偏振分束器将所述泵浦光以等概率分为两路，进而产生了携带两种不同的时间片段的光子；/n通过所述非偏振分束器将所述光子分为路径a与b；/n通过半波片分别对所述路径a与b的光子进行偏振处理；/n偏振处理完的路径a与b的光子通过二向色镜和偏振分束器进入萨尼亚克干涉仪，产生转换光子；/n通过将所述转换光子叠加在所述偏振分束器上，获得不同空间模式的转换光子，由此产生偏振、空间、时间片段三个自由度的超纠缠光子对。/n
【技术特征摘要】
1.一种偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：包括，
通过激光器产生一束水平偏振的泵浦光，而后通过非偏振分束器将所述泵浦光以等概率分为两路，进而产生了携带两种不同的时间片段的光子；
通过所述非偏振分束器将所述光子分为路径a与b；
通过半波片分别对所述路径a与b的光子进行偏振处理；
偏振处理完的路径a与b的光子通过二向色镜和偏振分束器进入萨尼亚克干涉仪，产生转换光子；
通过将所述转换光子叠加在所述偏振分束器上，获得不同空间模式的转换光子，由此产生偏振、空间、时间片段三个自由度的超纠缠光子对。
2.如权利要求1所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：所述两种不同的时间片段的光子包括，
通过50:50的非偏振分束器以相同的概率将所述水平偏振的泵浦光|H>分为两路：
其中，一路通过直角棱镜的光子的时间片段为t1，另一路光子的时间片段为t2。
3.如权利要求1或2所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：分为所述路径a与b包括，
4.如权利要求3所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：所述偏振处理包括，
所述路径a与b的光子通过预设角度为22.5度的半波片1、半波片2获得偏振处理的结果如下：
其中，|V>为垂直偏振光。
5.如权利要求1或4所述的偏振、空间、时间片段三自由度超纠缠的制备方法，其特征在于：所述转换光子包括，
所述偏振处理完的路径a与b的光子进入所述萨尼亚克干涉仪后顺时针或者逆时针传播，经过周期性极化的磷酸钛钾晶体和一个预设角度为45度的半波片3，生成所述转换光子。
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛宇波，杨梦莹，周澜，钟伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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