阅读说明：本技术 一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置 (Entanglement state-based quantum information beam splitting device suitable for twin double-beam coding ) 是由 刘楠楠 翟凤潇 刘素娟 郝蕴琦 李萍萍 王东琳 张瑞亮 杨坤 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置，该装置由第一光学参量放大器、位相调制器、粗波分复用器、纠缠光源、第二光学参量放大器、第三光学参量放大器、第一平衡零拍探测系统、第二平衡零拍探测系统、第三平衡零拍探测系统、第四平衡零拍探测系统、数据采集和运算系统、信息显示系统构成。该装置的特点是孪生双光束编码信息，即利用位相调制器对参量放大器输出的孪生双光束进行调制，实现量子信息编码；一个纠缠光源结合两光学参量放大器实现量子信息分束；分束后量子信息可供四用户同时使用，即此装置的四输出端口的传输系数可同时趋于1。本发明针对孪生双光束编码的量子信息，利用一个纠缠光源结合两参量放大器，可实现四通道无噪声分束。(The invention discloses an entanglement state-based quantum information beam splitting device suitable for twin double-beam coding, which consists of a first optical parametric amplifier, a phase modulator, a coarse wavelength division multiplexer, an entanglement light source, a second optical parametric amplifier, a third optical parametric amplifier, a first balanced homodyne detection system, a second balanced homodyne detection system, a third balanced homodyne detection system, a fourth balanced homodyne detection system, a data acquisition and operation system and an information display system. The device is characterized in that the twin double light beams encode information, namely, the twin double light beams output by the parametric amplifier are modulated by using a phase modulator to realize quantum information encoding; an entangled light source is combined with two optical parametric amplifiers to realize quantum information beam splitting; the beam splitting quantum information can be used by four users at the same time, namely the transmission coefficients of four output ports of the device can tend to 1 at the same time. Aiming at the quantum information of twin double-beam coding, the invention utilizes an entanglement light source to combine with two parametric amplifiers, thereby realizing four-channel noiseless beam splitting.)

一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束 装置

技术领域

本发明属于量子信息过程领域，特别涉及一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置。

背景技术

量子信息分束器，可以实现对信息的无噪声分束，即分束后信息与原信息具有相同的信噪比。使用相干态作为信息载波时，可以使用压缩真空态填补闲置端口的线性分束器，实现无噪声量子分束。当以压缩相干态、孪生光束等量子态光场为载波时，实现无噪声量子信息分束需要更严格的条件。已有研究表明，当利用孪生光束一臂编码信息时，利用有关联光源注入的光学参量放大器可以实现其无噪声分束（参见文献Xueshi Guo, XiaoyingLi, Nannan Liu and Z. Y. Ou, Quantum information tapping using a fiberoptical parametric amplifier with noise figure improved by correlated inputs[J]. Scientific Reports, 2016, 6(1):30214）。

最近研究表明，通过探测后运算处理，以孪生双光束为载波的信息具有高于以其中一束或压缩相干态为载波的信息信噪比（参见文献Jiamin Li, Yuhong Liu, LiangCui, et al. Joint measurement of multiple noncommuting parameters[J].Physical Review A, 2018, 97(5):052127），即孪生双光束能够携带更多量子信息。因此，研究孪生双光束编码量子信息的无噪声分束问题具有重要意义，且利用纠缠光源结合光学参量放大器，通过后运算处理，有望解决孪生双光束编码量子信息的无噪声分束问题，提高可使用量子信息量并扩展用户数量。

发明内容

本发明的目的在于解决孪生双光束编码量子信息无噪声分束问题，提出一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置。

本发明的解决方案是：

一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置，其特点是：该装置由第一光学参量放大器、位相调制器、粗波分复用器、第二光学参量放大器、第三光学参量放大器、第一平衡零拍探测系统、第二平衡零拍探测系统、第三平衡零拍探测系统、第四平衡零拍探测系统、数据采集和运算系统、信息显示系统构成。其位置关系如下：所述的第一光学参量放大器产生一对频率不同、空间上共同传输的孪生光束，孪生双光束通过位相调制器后位相经调制携带信息，粗波分复用器将携带信息的孪生双光束空间分离为两光束，所述的纠缠光源产生一对纠缠光束，所述孪生光束中的第一光束与纠缠光束中的第一光束共同输入第二参量放大器中，输出第一输出光束和第二输出光束，所述孪生光束中的第二光束与纠缠光束中的另一光束共同输入第三参量放大器中，输出第三输出光束和第四输出光束，所述第一输出光束输入第一平衡零拍探测系统后输出第一输出信号，所述第二输出光束输入第二平衡零拍探测系统后输出第二输出信号，所述第三输出光束输入第三平衡零拍探测系统后输出第三输出信号，所述第四输出光束输入第四平衡零拍探测系统后输出第四输出信号，四输出信号同时输入数据采集和运算系统（11），做如下运算：第一输出信号和第四输出信号相加，第二输出信号和第三输出信号相加，第三输出信号和第一输出信号相减，第四输出信号和第二输出信号相减，运算后输出四路信号，四路信号输入信息显示系统（12）进行传输系数的分析。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用纠缠源结合光学参量放大器，实现对孪生双光束编码量子信息的无噪声分束，可同时提供给四用户使用。

2、本发明通过将两光学参量放大器的其中两个输出光束作为相同装置的输入光，可以级联使用，增加用户数量。

附图说明

图1是本发明一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1是本发明一种适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置实施例的结构示意图。本实施例适用于孪生双光束编码的基于纠缠态的量子信息分束装置，该装置由第一光学参量放大器1、位相调制器2、粗波分复用器3、纠缠源4、第二光学参量放大器5、第三光学参量放大器6、第一平衡零拍探测系统7、第二平衡零拍探测系统8、第三平衡零拍探测系统9、第四平衡零拍探测系统10、数据采集和运算系统11、信息显示系统12构成。

所述的第一光学参量放大器1产生一对具有纠缠特性、频率不同、空间上共同传输的孪生光束。孪生双光束通过位相调制器2后位相经调制携带信息，携带信息的孪生双光束经粗波分复用器3后空间上分离，形成两光束。所述的纠缠源产生一对具有纠缠特性的光束，其中第一光束与孪生光束中的第二光束具有相同的频率和空间模式，另一光束与孪生光束中的第一光束具有相同的频率和空间模式。所述孪生光束中的第一光束与纠缠光束中的第一光束共同输入第二参量放大器5中，输出第一输出光束和第二输出光束，所述孪生光束中的第二光束与纠缠光束中的另一光束共同输入第三参量放大器6中，输出第三输出光束和第四输出光束。所述第一输出光束输入第一平衡零拍探测系统7，所述第二输出光束输入第二平衡零拍探测系统8，所述第三输出光束输入第三平衡零拍探测系统9，所述第四输出光束输入第四平衡零拍探测系统10。四个平衡零拍探测系统均由50:50分束器构成，本底光和相应被测量光束具有相同的频率、空间、偏振模式，50:50分束器两输出光束由两光电二极管探测，输出光电流，两光电流相减后转换为电压信号，经滤波放大后作为平衡零拍探测系统的输出。

所述的第一平衡零拍探测系统7、第二平衡零拍探测系统8、第三平衡零拍探测系统9、第四平衡零拍探测系统10分别输出第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号，四输出信号同时输入数据采集和运算系统11，做如下运算：第一输出信号和第四输出信号相加，第二输出信号和第三输出信号相加，第三输出信号和第一输出信号相减，第四输出信号和第二输出信号相减，运算后输出四路信号。四路信号输入信息显示系统12进行传输系数的分析。