本发明专利技术公开了一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，包括按光信号传播顺序依次设置的态制备部分、态操作部分以及态测量部分；该态制备部分包括第一调制器和第一半波片，光信号通过第一调制器和第一半波片制备得到任意三比特态的光信号，并被辐射至态操作部分；该态操作部分包括第二调制器、第二半波片和第三反射镜；光信号通过第二调制器、第二半波片和第三反射镜被执行任意量子逻辑门，并通过第一辐射端或第二辐射端被辐射至态测量部分；该态测量部分包括若干台CCD相机，用于收集光信号并解码光信号的三比特态。该装置仅通过简单改变装置的组态，就可以任意调控单光子的多个自由度以实现不同的量子逻辑操作，从而灵活实现多种量子逻辑门。活实现多种量子逻辑门。活实现多种量子逻辑门。
【技术实现步骤摘要】
一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置
[0001]本专利技术涉及量子逻辑门控制
，尤其涉及一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置。
技术介绍
[0002]单光子的多个自由度，如偏振
[1]、时间
‑
频率
[2]和空间模式
[3]，被广泛应用于构建量子计算逻辑门。但是，随着编码量子比特的增加，量子线路所需的资源呈指数式上升。例如，一个编码个量子比特的单光子量子线路往往需要一个由条路径组成的干涉网络
[4]。
[0003]为了克服单光子量子计算的这一缺陷，人们开始利用非线性效应纠缠单光子的多个自由度，利用线性光学元件对单光子的多个自由度进行耦合调控。近年来的研究成果实现了单光子偏振和轨道角动量(角向模式)的纠缠
[5]，并将其应用于光量子计算
[6]。为了进一步开拓单光子量子计算的潜力，人们开始在量子计算中纠缠单光子的偏振和空间模式自由度。Abouraddy等人
[7]基于Mach
‑
Zehnder干涉仪进行改装，对单光子的偏振、X向和Y向空间模式进行调控，实现了受控非门、受控相位旋转门和Fredkin等量子逻辑门，但在实现不同逻辑门时缺乏灵活性。Hor
‑
Meyll等人
[8]利用空间光调制器调控光子的偏振、X向和Y向空间模式，实现幺正矩阵迹的归一化和Deutsch
‑
Jozsa算法的演示，但无法应用于集成光量子计算。Kagalwala等人
[9]利用空间光调制器的偏振选择性，对单光子的偏振、X向和Y向空间模式进行调控，实现了多种三比特单光子量子逻辑操作，但实现难度较大。
[0004]Slussarenko
[10]和Zeng
[11]等人利用Sagnac干涉仪实现了基于单光子偏振和角向空间自由度的受控非门，但他们的方案无法灵活实现多种量子逻辑门且无法充分利用单光子的角向和径向空间模式。Brandt
[12]等人在空间光调制器上应用了多平面光转换(multi
‑
plane light convention)技术，实现了基于单光子角向和径向空间模式的多种量子逻辑门，但他们的方案无法利用光子的偏振自由度。回顾现有技术，鲜有将单光子的偏振、径向和角向空间模式共同应用于量子信息处理的研究。
[0005]参考文献
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[0016][10]Slussarenko S,D
’
Ambrosio V,Piccirillo B,et 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，包括按光信号传播顺序依次设置的态制备部分、态操作部分以及态测量部分；该态制备部分包括第一调制器和第一半波片，光信号通过第一调制器和第一半波片制备得到任意三比特态的光信号，并被辐射至态操作部分；该态操作部分包括第二调制器、第二半波片和第三反射镜；所述光信号通过第二调制器、第二半波片和第三反射镜被执行任意量子逻辑门，并通过第一辐射端或第二辐射端被辐射至态测量部分；该态测量部分包括若干台CCD相机，用于收集所述光信号并解码光信号的三比特态。2.如权利要求1所述的一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，所述态制备部分依次包括按光路传播顺序依次设置的光源、第一透镜、第二透镜、第一调制器、第三透镜、光阑、第四透镜和第一半波片；其中，其中第三透镜与第四透镜组成4f系统。3.如权利要求1所述的一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，所述态操作部分包括第一偏振分束镜、Dove棱镜、第二反射镜、第二调制器、第一反射镜、第二半波片和第三反射镜；其中，光信号经过第一偏振分束镜形成水平偏振部分和竖直偏振部分；该竖直偏振部分光路的传播顺序为：Dove棱镜、第二反射镜、第二调制器、第一反射镜、第二半波片；该水平偏振部分光路的传播顺序为：第二半波片、第一反射镜、第二调制器、第二反射镜、Dove棱镜；该第三反射镜设置于第一偏振分束镜一侧，且第三反射镜的反射面与该第一偏振分束镜的介质偏振分光膜平行。4.如权利要求2所述的一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，所述态操作部分包括第一偏振分束镜、Dove棱镜、第二反射镜、第二调制器、第一反射镜、第二半波片和第三反射镜；其中，光信号经过第一偏振分束镜形成水平偏振部分和竖直偏振部分；该竖直偏振部分光路的传播顺序为：Dove棱镜、第二反射镜、第二调制器、第一反射镜、第二半波片；该水平偏振部分光路的传播顺序为：第二半波片、第一反射镜、第二调制器、第二反射镜、Dove棱镜；该第三反射镜设置于第一偏振分束镜一侧，且第三反射镜的反射面与该第一偏振分束镜的介质偏振分光膜平行；所述第二调制器设置于所述4f系统的像面位置。5.如权利要求1所述的一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，所述态测量部分包括第一接收端和第二接收端；其中，第一接收端包括按光路传播顺序依次设置的第五透镜、第二偏振分束镜、设置在第二偏振分束镜反射端的第一CCD相机以及设置在第二偏振分束镜透射端的第二CCD相机；第二接收端包括按光路传播顺序依次设置的第六透镜、第三偏振分束镜、设置在第三偏振分束镜透射端的第三CCD相机以及设置在第三偏振分束镜反射端的第四CCD相机。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，
所述光源为线偏振光。7.一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的方法，基于权利要求1
‑
6任一项所述一种实现光子多自由度量子逻辑门操控的装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：态制备部分；光源输出线偏振光通过第一调制器以及第一半波片，第一调制器加载全息图对线偏振光的空间模式进行调制，第一半波片对线偏振光的偏振态进行偏振，得到携带任意三比特态的线偏振光，并辐射至态操作部分；态操作部分；携带...
【专利技术属性】
技术研发人员：张武虹，柯泓鸣，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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