产生极化纠缠光子的紧凑系统技术方案

本发明专利技术的各个实施例针对用于产生极化纠缠光子的紧凑系统。在本发明专利技术的一个实施例中，非简并极化纠缠光子源（８００、１２００）包括：半波片（８０２、１２０２），其输出第一泵浦束、第二束和第二泵浦束；第一束偏移器（８０６、１２０４），其引导第一泵浦束到第一传输通道（８２４、１２２４）中以及引导第二泵浦束到第二传输通道（８２６、１２２６）中。下转换装置（８０３、８０４、８１０、１２０８、１２１０）将第一泵浦束转换成第一信号光子和第一闲频光子，以及将第二泵浦束转换成第二信号光子和第二闲频光子。第二束偏移器（８０８、１２０６）引导第一信号和闲频光子以及第二信号和闲频光子到单个传输通道中。分色镜（８１２、１２１２）引导第一和第二信号光子至第一光纤耦合器并且引导第一和第二闲频光子至第二光纤耦合器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的系统涉及光学装置，并且具体地，涉及产生处于极化纠缠状态的光子的紧凑系统(compact system)o
技术介绍
目前从材料科学到量子物理学领域中的新近的和有前途的进步被用于生成基于量子系统的新技术。特别地，某些量子系统可以用来编码和传输量子信息。仅包括由"|0〉"和"|1〉"表示的两个离散态的量子系统潜在地可以用于各种基于量子系统的应用，包括量子信息编码和处理、光量子光刻和计量学。通常来说，包括两个离散态的量子系统被称为"量子比特系统(qubit system)"，并且称为"量子比特基态(q油it basis state)"的状态|0〉和|1〉还可用集合符号表示为^"1》。垂直和水平极化的光子是基于电磁辐射的双态量子系统的基态的例子。量子比特系统可存在于状态|0〉、状态|1〉或无穷大数目的同时包括|0〉和|1〉的状态中的任何一种状态，其作为状态的线性叠加在数学上可表示为^〉-寺〉+外〉状态l^称为"量子比特"，并且参数a和|3是满足以下条件的复值系数l |2+|/f =1对量子系统进行测量在数学上等同于将量子系统的状态投影到其中一个基态上，并且通常来说，将量子系统的状态投影到基态上的概率等于与该基态相关的系数的平方。例如，当在基^〉'W中领懂量子比特系统的状态k〉时，发现量子系统在状态lo〉中的概率为l—2并且发现量子系统在状态|1〉中的概率为l纠2 。与量子比特系统相关的无穷大数目的纯态在几何学上可用称为"布洛赫球"的单位半径的三维球体来表示、2J 、2乂其中0^汐<宂，以及0S^〈2';r。图1示出了量子比特系统的布洛赫球表示。在图1中，线101-103分别是正交的x、 y和z笛卡儿坐标轴，并且布洛赫球106以原点为中心。布洛赫球106上有无穷多点，每个点表示量子比特系统的唯一态(unique state)。例如，布洛赫球106上的点108表示同时包括一部分的状态|0〉和一部分的状态|1〉的量子比特系统的唯一态。然而， 一旦在基W'11》中观糧量子比特系统的状态，那么将量子比特系统的状繊影到状态|0〉 110或状态|1〉 112上。包括两个或更多个量子比特系统的系统的状态由量子比特的张量积表示，每个量子比特与其中一个量子比特系统相关。例如，考虑包括第一量子比特系统和第二量子比特系统的系统，其由以下状态表示k〉12=k〉>〉2其中第一量子比特系统的状态是并且第二量子比特系统的状态是状态|<〉还可被重写为状态的线性叠加I r /12k>12=k〉>》2其中项i，〉2， |，〉2，,〉2，和|物2是张量總间的基。在状刻《中的#^乘积状态均具有相关的系数1/2，它指示当在基^1中测量第一量子比特系统的状态以及在基'^^〉"中测量第二量子比特系统的状态时，发现组合的量子比特系统在任意一个乘积状态中的概率为1/4 (网2)。然而，组合的量子比特系统的某些状态无法用相关量子比特的乘积来表示。这些量子比特系统被称为是纠缠的。量子纠缠(quantum entanglement)是量子力学的性质，其中两个或更多个量子系统的状态是相关的，即使量子系统在空间上可能是分开的。纠缠的爐子比特系统的纠缠态的示例表示为6对于参数"b凡^，和A的任意选择来说，纠缠态k"无法分解成量子比i r /l2特",I0〉,+"1〉,和"2^+蚱〉2的乘积。非纠缠的双量子比特系统的状态可如下所述与纠缠的双量子比特系统的状态区分开。考虑处于状态|^12中的非纠缠的爐子比特系统。假设在基W'1^中在第一量子比特系统上进行的测量将第一量子比特系统的状态投影到状态|0〉,上。依据状态k〉。，紧接着测量后的非纠缠的双量子比特系统的状态是状态的线性叠加(|()>1|()〉2+|()>1|1〉2)/^ 。当紧接着第一测量之后在相同的坐标系中在基'{lQ>2'l"d中对第二量子比特系统进行第二测量时，将第二量子比特系统的状态投影到状态|0〉2上的概率为1/2以及将第二量子比特系统的状态投影到状态|1〉2上的概率为1/2。换句话说，第二量子比特系统的状态与第一量子比特系统的状态不相关。与此相反，考虑处于纠缠态k+〉中的纠缠的双量子比特系统。假设在基I /12'I1"中在第一量子比特系统上进行的第一测量也将第一量子比特系统的状态投影到状态lo〉,上。依据纠缠态|<〉12，该纠缠的双量子比特系统在第一测量之后的状态是乘积态lo〉， |i〉2。当在基'^、'W"中对第二量子比特系统进行第二测量时，第二量子比特系统的状态肯定为|1〉2。换句话说，第一量子比特系统的状态lo夂与第二量子比特系统的状态|1〉2相关。纠缠的量子系统在从量子计算到量子信息处理的领域中具有许多不同的实际应用。特别地，极化纠缠光子可用于量子信息处理、量子密码术、遞B传物和线性光学量子计算。术语"光子"指的是电磁场模式激发的单个量子。注意到，电磁波包括电场分量A和正交的磁场分量》。然而，因为磁场分量Bo的幅度通过因子1/c小于电场分量Eo的幅度，其中c表示自由空间中的光速(c =3.0*108m/SeC)，电场分量引起电磁波与物质的大部分交互。结果，电磁波的极化状态通常仅由电场分量表示。图2A-2B分别示出了可用作极化纠缠光子的基态的垂直和水平极化的光子基态。在图2A-2B中，垂直和水平极化光子分别由沿着z坐标轴202和204传播的振荡连续波表示。如图2A所示，垂直极化光子l^在yz平面中振荡。xy平面208中的方向箭头206表示在lr〉沿着z坐标轴202前MM—个完整的波长时的一个完整的振荡周肌在图2B中，水平极化光子li/〉在xz平面中振荡。xy平面212中的方向箭头210表示在|//〉沿着z坐标轴204前M过一个完整的波长时的一个完整的振荡周期。以下的Bell态是可用于许多不同的纠缠态应用中的极化纠缠光子的例子其中下标i"表示第一传输通道；以及下标'2"表示第二传输通道。虽然极化纠缠光子具有许多潜在有用的应用，但实际上极化纠缠光子源通常不能在多种纠缠态应用中实施。例如，在Kwiat等人于Physical Review Letters,第75巻,4337 (1995)中发表的"New High-Intensity Source of Polarization-EntangledPhoto Pairs"—文中，Kwiat描述了可用于连续电磁波但不可用于电磁波脉冲的极化纠缠光子Bell态的高强度源。另外，仅仅沿特定方向发射的光子是纠缠的。结果，只可以产生有限数目的Bell态。在Kwiat等人于Physical Review A，第60巻,R773,(1999)中发表的"Ultrabright source of polarization-entangled photons"—文中，Kwiat还描述了一种极化纠缠光子对的源。然而，为了获得好的纠缠必须使用薄晶体和连续波泵浦。在Taehyun Kim等人于Physical Review入第73巻,012316(2006)中发表的"Phase-stable source of polarization-entangled photons usinga polarizati本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非简并极化纠缠光子源（８００、１２００），包括：　第一半波片（８０２、１２０２），所述第一半波片接收来自泵浦束源的泵浦束（８２２、１２２２）并输出处于第一极化状态的第一泵浦束和处于第二极化状态的第二泵浦束；　第一束偏移器（８０６、１２０４），所述第一束偏移器基于所述第一泵浦束和第二泵浦束的第一和第二极化状态将第一泵浦束引导至第一传输通道（８２４、１２２４）中并将所述第二泵浦束引导至第二传输通道（８２６、１２２６）中；　下转换装置（８０３、８０４、８１０、１２０８、１２１０），所述下转换装置接收所述第一泵浦束并在所述第一传输通道中输出第一信号光子和第一闲频光子，以及接收所述第二泵浦束并在所述第二传输通道中输出第二信号光子和第二闲频光子；　第二束偏移器（８０８、１２０６），所述第二束偏移器将在所述第一传输通道中传输的第一信号和闲频光子以及在所述第二传输通道中传输的第二信号和闲频光子引导至单个输出传输通道中；以及　分色镜（８１２、１２１２），所述分色镜接收在所述输出传输通道中传输的所述信号光子和闲频光子，并且将第一和第二信号光子引导至第一光纤耦合器（８１４、１２１４）并将第一和第二闲频光子引导至第二光纤耦合器（８１６、１２１６）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M菲奥伦蒂诺，R博索莱尔，S斯皮莱恩，C桑托里，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]