【技术实现步骤摘要】
本申请属于量子信息，具体而言，涉及一种高维纠缠光源及高维纠缠态的产生方法。
技术介绍
1、高维量子纠缠源是量子计算、量子机器学习、量子测量和量子通信的重要基础资源，基于高维量子纠缠源可以实现诸多功能，如量子编码空间的扩展、通信信道容量的增加等。
2、支持向量机是最直观且易于理解的监督式机器学习模型之一。量子支持向量机相对经典向量机可以获得指数级加速且已被实验演示。而实现和利用量子支持向量机，需要特殊的高维量子纠缠态，在这种高维量子纠缠态中，不同量子位的维度不同且要求特定的量子位的子空间量子态可以精确任意调控。现有技术中常利用原子自旋编码的方式实现对量子态的调控，然而这种方式需要将系统保持在接近绝对零度的超低温度环境中，且容易发生退相干，难以维持和传输，而且维持低温的设备成本较高，限制了其实用性和可拓展性。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供一种高维纠缠光源及高维纠缠态的产生方法，基于路径编码和层层约化的方式在实现量子态维度拓展的同时减少输出量子态的路径，其具体方案如下：
2、第一方面，本申请公开了一种高维纠缠光源，包括初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、h门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和n个传输直波导；
3、初态量子态产生模块具有n组输出端口，用于将外部输入的泵浦光分为n束光并基于n束光产生一对纠缠光子且第i束光与第一束光的光强比为：1，其中n=2n,n和i均为任意正整数且，表示初态量子态产生模块第i组输出端口输
4、子空间编码模块用于对其接收的光子进行量子态扩展并编码为m维量子态，包括（n-1）个m维编码结构，每个m维编码结构由若干个mz干涉环级联组成并呈树状结构，树状结构的第一级设置1个mz干涉环，第二级设置2个mz干涉环，第三级设置4个mz干涉环，以此类推，第m级设置2m-1个mz干涉环，每个m维编码结构具有m个输出端，其中m=2m，m为任意正整数；
5、h门操作模块用于层层约化子空间编码模块和传输连接波导输出的量子态，由n级h门组连接组成且第一级h门组包括n/2个h门操作单元，第二级h门组包括n/22个h门操作单元，以此类推，第n级设置n/2n个h门操作单元，每个h门操作单元包括m个相互独立的50:50分束器，每个50:50分束器用于对接收的量子态做h门操作；
6、第一级h门组中的第一个h门操作单元用于对传输连接波导和第一个m维编码结构输出的量子态约化，且传输连接波导的输出端与第一级h门组中第一个h门操作单元中的第一个50:50分束器的输入上端连接，第一个m维编码结构的m个输出端与第一级h门组中第一个h门操作单元包括的m个50:50分束器的输入下端一一对应连接；第一级h门组中的第二个h门操作单元用于对第二和第三个m维编码结构输出的量子态约化，且第二个m维编码结构的m个输出端与第一级h门组中第二个h门操作单元包括的m个50:50分束器的输入上端一一对应连接；第三个m维编码结构的m个输出端与第一级h门组中第二个h门操作单元包括的m个50:50分束器的输入下端一一对应连接；以此类推，下一级h门组中的h门操作单元用于按序依次对上一级h门组中相邻的两个h门操作单元输出的量子态约化，且相邻两个h门操作单元中的前一个h门操作单元包括的各50：50分束器的输出上端与下一级h门组中相应h门操作单元包括的各50：50分束器的输入上端一一对应连接，后一个h门操作单元包括的各50：50分束器的输出上端与下一级h门组中相应h门操作单元包括的各50：50分束器的输入下端一一对应连接；最后一级h门组中的h门操作单元用于对上一级h门组中两个h门操作单元输出的量子态约化；第二出射模块包括m个出射端口，第n级h门组中的m个50:50分束器的输出上端与第二出射模块中的m个出射端口一一对应连接。
7、进一步地，初态量子态产生模块包括分束模块、n个双光子产生结构和n个路径分配单元，分束模块具有n个输出端，用于将接收的泵浦光分为n束，分束模块的n个输出端与n个双光子产生结构的输入端一一对应连接，n个双光子产生结构的输出端与n个路径分配模块的输入端一一对应连接，双光子产生结构基于接收的分束光概率性产生纠缠光子对且n个双光子产生结构产生一对纠缠光子，每个路径分配模块具有两个输出端，用于将接收的一对纠缠光子分离使波长为的光子从其输出上端输出，波长为的光子从其输出下端输出。
8、进一步地，mz干涉环由第一50:50分束器、第二50:50分束器、干涉上臂、干涉下臂、环内相位调制器、环外相位调制器组成，干涉上臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出上端和第二50:50分束器的输入上端，干涉下臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出下端和第二50:50分束器的输入下端，环内相位调制器设置于干涉上臂上，环外相位调制器设置于第二50:50分束器的输出上端口处。
9、进一步地，初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、h门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和n个传输直波导通过单片集成工艺在衬底上一体化制作而成。
10、优选地，分束模块为mmi型分束器或由n级mz干涉仪级联组成且每级mz干涉仪的个数为2n-1。
11、优选地，路径分配模块为波分解复用器或光滤波器。
12、进一步地，高维纠缠光源还包括第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块包括n个滤波器，第二滤波模块包括m个滤波器，n个传输直波导的输出端与第一滤波模块中n个滤波器的输入端一一对应连接，第一滤波模块中n个滤波器的输出端与第一出射模块中n个出射端口一一对应连接，第n级h门组中的m个50:50分束器的输出上端与第二滤波模块中m个滤波器的输入端一一对应连接，第二滤波模块中m个滤波器的输出端与第二出射模块中m个出射端口一一对应连接，每个滤波器用于滤除残余的泵浦光。
13、第二方面，本申请公开了一种高维纠缠态的产生方法，所述方法应用于上述的高维纠缠光源，高维纠缠光源包括初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、h门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和n个传输直波导，所述方法包括：
14、初态量子态产生模块将外部输入的泵浦光分为n束光并基于n束光产生一对纠缠光子且第i束光与第一束光的光强比为：1，一对纠缠光子从初态量子态产生模块其中一组输出端口输出且波长为的光子从相应组输出端口的上输出子端口输出，波长为的光子从相应组输出端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高维纠缠光源，其特征在于，包括初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、H门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和N个传输直波导；
2.根据权利要求1所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，初态量子态产生模块包括分束模块、N个双光子产生结构和N个路径分配单元，分束模块具有N个输出端，用于将接收的泵浦光分为N束，分束模块的N个输出端与N个双光子产生结构的输入端一一对应连接，N个双光子产生结构的输出端与N个路径分配模块的输入端一一对应连接，双光子产生结构基于接收的分束光概率性产生纠缠光子对且N个双光子产生结构产生一对纠缠光子，每个路径分配模块具有两个输出端，用于将接收的一对纠缠光子分离使波长为的光子从其输出上端输出，波长为的光子从其输出下端输出。
3.根据权利要求1所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，MZ干涉环由第一50:50分束器、第二50:50分束器、干涉上臂、干涉下臂、环内相位调制器、环外相位调制器组成，干涉上臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出上端和第二50:50分束器的输入上端，干涉下臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出下端和
4.根据权利要求1所述的的一种高维纠缠光源，其特征在于，初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、H门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和N个传输直波导通过单片集成工艺在衬底上一体化制作而成。
5.根据权利要求2所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，分束模块为MMI型分束器或由n级MZ干涉仪级联组成且每级MZ干涉仪的个数为2n-1。
6.根据权利要求2所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，路径分配模块为波分解复用器或光滤波器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，还包括第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块包括N个滤波器，第二滤波模块包括M个滤波器，N个传输直波导的输出端与第一滤波模块中N个滤波器的输入端一一对应连接，第一滤波模块中N个滤波器的输出端与第一出射模块中N个出射端口一一对应连接，第n级H门组中的M个50:50分束器的输出上端与第二滤波模块中M个滤波器的输入端一一对应连接，第二滤波模块中M个滤波器的输出端与第二出射模块中M个出射端口一一对应连接，每个滤波器用于滤除残余的泵浦光。
8.一种高维纠缠态的产生方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的高维纠缠光源，高维纠缠光源包括初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、H门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和N个传输直波导，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高维纠缠光源，其特征在于，包括初态量子态产生模块、子空间编码模块、传输连接波导、h门操作模块、第一出射模块、第二出射模块和n个传输直波导；
2.根据权利要求1所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，初态量子态产生模块包括分束模块、n个双光子产生结构和n个路径分配单元，分束模块具有n个输出端，用于将接收的泵浦光分为n束，分束模块的n个输出端与n个双光子产生结构的输入端一一对应连接，n个双光子产生结构的输出端与n个路径分配模块的输入端一一对应连接，双光子产生结构基于接收的分束光概率性产生纠缠光子对且n个双光子产生结构产生一对纠缠光子，每个路径分配模块具有两个输出端，用于将接收的一对纠缠光子分离使波长为的光子从其输出上端输出，波长为的光子从其输出下端输出。
3.根据权利要求1所述的一种高维纠缠光源，其特征在于，mz干涉环由第一50:50分束器、第二50:50分束器、干涉上臂、干涉下臂、环内相位调制器、环外相位调制器组成，干涉上臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出上端和第二50:50分束器的输入上端，干涉下臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出下端和第二50:50分束器的输入下端，环内相位调制器设置于干涉上臂上，环外相位调制器设置于第二50:50分束器的输出上端口处。
4.根据权利要求1所述的的一种高维纠缠光源，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：安雪碧，李泽忠，李安，
申请(专利权)人：合肥硅臻芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。