一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法技术

本发明专利技术属于量子技术领域，在量子照明领域，公开了一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，包括准备非高斯的双模纠缠态，将其分成两路模式光，一路为信号模式光，一路为闲频模式光，信号模式光发射到潜在目标的区域，闲频模式光直接发射到测量端，最后在接收器处对潜在目标区域的反射模式光和闲频模式光进行测量。本发明专利技术中使用的测量方案使用了双零差探测测量。本发明专利技术有如下几个重要优势：1、通过改善输入态为非高斯双模纠缠态，能有效提高量子费舍尔信息的值；2、在测量端使用了双零差探测器，能有效提高量子照明系统中的信噪比和降低误差传播。误差传播。误差传播。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法


[0001]本专利技术属于量子
，涉及量子照明技术，具体是涉及一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法。

技术介绍

[0002]量子照明为现代物体探测提供了一个可靠的帮助。量子照明的概念，首先由S.Lloyd提出，它是通过用纠缠的信号照射目标区域，然后测量反射光。令人惊讶的是，即使是纠缠本身也可能无法存活，两个初始纠缠系统之间的剩余相关性仍然比任何初始经典状态所能提供的都要高得多；结果表明，利用纠缠态可以提高目标检测的可能性。量子照明虽然在理论上提高了探测物体的精确度，但在量子费舍尔信息和信噪比方面，还有很大的发展空间。
[0003]在Lloyd提出量子照明之后，研究人员在输入态方面，使用了双模压缩纠缠态进行研究，还使用了非对称压缩的双模态和超纠缠态与量子照明结合。同样在测量端，也有许多不同的测量方案，比如光参数放大测量、相位共轭测量等。但是上述的测量方法结合已经提出的量子输入态，表现出的量子照明的信噪比较低。同时，也因为是非线性结构，所以实验构造也很复杂。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，采用该方法，能有效地提高量子照明的测量精度。
[0005]本专利技术所述的一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，步骤为：
[0006]S1：制备非高斯双模纠缠态，非高斯双模纠缠态是基于双模压缩真空纠缠态制备而成的；非高斯的双模纠缠态分为两种状态：一种通过分束器，对双模压缩真空纠缠态进行光子抽取从而得到光子抽取的非高斯双模纠缠态；另一种是通过参数放大器，对双模压缩真空纠缠态进行光子增加得到光子增加的非高斯双模纠缠态；
[0007]S2：将制备好的非高斯双模纠缠态发送；
[0008]S3：制备完成的非高斯双模纠缠态分两路发射，一路发射到目标潜在区域，这一路称之为信号模式光；
[0009]S4：测量端接受经过目标潜在区域而反射得到的反射模式光；
[0010]S5：制备完成的非高斯双模纠缠态另一路会直接发射到测量端，这一路称之为闲频模式光；
[0011]S6：测量端对反射光和闲频模式光进行双零差探测测量。
[0012]进一步的，步骤S1中，非高斯双模纠缠态有两种表现形式：
[0013]光子数抽取的量子态表现形式为光子数增加的量子态表
现形式为其中，Dn是系数，n代表光子数，下标S表示信号模式，下标I表示闲频模式，l表示在信号模式光和闲频模式光抽取(或增加)l个光子。
[0014]进一步的，步骤S3中，信号模式光会发射到目标的潜在区域中，如果潜在区域中有物体存在，那么目标物体被当作是一个反射系数为η的50:50分束器。
[0015]进一步的，在步骤S3中，判断非高斯双模纠缠态是否比其他已知输入态有更好的表现，是通过量子费舍尔信息的大小来决定的；以一般的双模的施密特通式为例，量子费舍尔信息求解过程：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029]以上是一般通式求量子费舍尔信息的过程，其中求量子费舍尔信息的过程需要将目标物体类比的分束器的反射系数趋近于0，N
B
表示环境噪声光子数，
[0030]<ω
α
′
|s|ω
α
>表示对信号模式光进行的操作。
[0031]进一步的，步骤S6中，双零差测量具体实现是用一个50:50的分束器接受反射模式光和闲频模式光，分成两路光，其中一路和θ＝0的本地振荡器发射到50:50分束器上，并在输出端用两个强度探测器测量，另一路是和的本地振荡器发射到50:50分束器上，同样在输出端用两个强度探测器测量。
[0032]进一步的，在步骤S6测量之后，用错误传播系数和信噪比来判断测量方案的好坏；
[0033]错误传播系数的公式为：其中
[0034]<Mη>＝Tr
(
MηρSIB
)，是测量算符的方差，<M
η
>是测量算符的均值，是对测量算符求偏导；
[0035]信噪比的公式为：其中<M
η
>
＝
T
r
(M
ηρSIB
)
，
[0036]<M0>＝<M
η＝0
>，Δη是错误传播系数，SNR是信噪比，是测量算符的方差，<M
η
>是测量算符的均值。
[0037]进一步的，在所述步骤S6的测量一般是选用光子数差测量，这种测量方案对于大多数输入态都是适用的，但是本专利技术中使用的非高斯双模纠缠态并不适用，因为如果使用光子数差测量<M
η
>＝0，这样不管目标物体是否存在得出来的信噪比都为0，无法比较输入态对于量子照明的优势，所以本专利技术用了双零差测量。双零差测量公式为：其中a
R
表示反射模式光的湮灭算符，表示反射模式光的产生算符，aI表示闲频模式光的湮灭算符，表示闲频模式光的产生算符。
[0038]本专利技术所述的有益效果为：本专利技术与现有技术相比，通过输入光子数抽取的双模压缩态和光子数增加的双模压缩态，提高了量子费舍尔信息，提高了测量目标物体的精度。在测量端，通过将本专利技术中的非高斯双模纠缠态和目前通用的双模压缩态在信噪比和错误传播系数上的比较，发现非高斯双模纠缠态的信噪比要比双模纠缠态要高，错误传播系数要比双模纠缠态要低，体现了非高斯双模纠缠态的优势。本专利技术中的双零差探测使用线性光学器件来完成，可用现有技术实现，提高了实用性。
附图说明
[0039]图1为本专利技术方法的通信流程图；
[0040]图2为本专利技术方法的量子照明原理示意图；
[0041]图3为本方明方法的双零差测量示意图。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0043]如图1所示，本专利技术提供一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法。包括如下步骤：
[0044]S1：首先制备非高斯双模纠缠态，非高斯的纠缠态是基于双模压缩真空纠缠态制备而成。非高斯的双模纠缠态可以分为两种状态：一种是对双模压缩真空纠缠态进行光子抽取从而得到光子抽取的非高斯双模纠缠态；另一种非高斯纠缠态是对双模压缩真空纠缠态进行光子增加得到光子增加的非高斯双模纠缠态。光子数抽取的量子态表现形式为光子数增加的量子态表现形式为其中l表示在信号光模式和闲频光模式抽取(增加)l个光子。
[0045]S2：将制备好的非高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，其特征在于，所述方法的步骤为：S1：制备非高斯双模纠缠态，非高斯双模纠缠态是基于双模压缩真空纠缠态制备而成的；非高斯的双模纠缠态分为两种状态：一种通过分束器，对双模压缩真空纠缠态进行光子抽取从而得到光子抽取的非高斯双模纠缠态；另一种是通过参数放大器，对双模压缩真空纠缠态进行光子增加得到光子增加的非高斯双模纠缠态；S2：将制备好的非高斯双模纠缠态发送；S3：制备完成的非高斯双模纠缠态分两路发射，一路发射到目标潜在区域，这一路称之为信号模式光；S4：测量端接受经过目标潜在区域而反射得到的反射模式光；S5：制备完成的非高斯双模纠缠态另一路会直接发射到测量端，这一路称之为闲频模式光；S6：测量端对反射光和闲频模式光进行双零差探测测量，并对测量方法进行判断。2.根据权利要求1所述的一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，其特征在于，步骤S1中，非高斯双模纠缠态有两种表现形式：光子数抽取的量子态表现形式为光子数增加的量子态表现形式为其中，Dn是系数，n代表光子数，下标S表示信号模式，下标I表示闲频模式，l表示在信号模式光和闲频模式光改变l个光子。3.根据权利要求1所述的一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，其特征在于，步骤S3中，信号模式光会发射到目标的潜在区域中，如果潜在区域中有物体存在，那么目标物体被当作是一个反射系数为η的50:50分束器。4.根据权利要求1所述的一种基于非高斯双模纠缠态的量子照明方法，其特征在于，在步骤S3中，判断非高斯双模纠缠态是否比其他已知输入态有更好的表现，是通过量子费舍尔信息的大小来决定的。5.根据权利要求1所述的一种基于非高斯...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛宇波，朱文逸，周澜，钟伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：