一種連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，包括泵浦光源，泵浦光源輸出的激光分為兩束，一束激光依次經(jīng)過光強(qiáng)控制系統(tǒng)和光束耦合系統(tǒng)后與輸入的連續(xù)變量光場量子態(tài)耦合，經(jīng)過模式匹配系統(tǒng)和非線性光學(xué)諧振器產(chǎn)生頻率變換量子態(tài)，頻率變換量子態(tài)經(jīng)過光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和光場過濾系統(tǒng)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)；泵浦光源輸出的另一束激光依次經(jīng)過第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)和第二光束耦合系統(tǒng)后與輸入的本地光場耦合，經(jīng)過第二模式匹配系統(tǒng)和第二非線性光學(xué)諧振器產(chǎn)生頻率變換本地光場，頻率變換本地光場經(jīng)過第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和第二光場過濾系統(tǒng)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)；該裝置可實(shí)現(xiàn)高效、高保真度的連續(xù)變量量子態(tài)的頻率變換，且對(duì)泵浦光的額外噪聲不敏感。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及連續(xù)變量量子光學(xué)和量子信息領(lǐng)域，具體是一種連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置。
技術(shù)介紹
基于光場和原子系統(tǒng)的量子信息網(wǎng)絡(luò)目前得到了人們的很大重視，并取得了令人振奮的研究進(jìn)展。光場由于具有極快的傳播速度及微弱的消相干特性等，適合于作為量子態(tài)的載體，進(jìn)行長距離傳輸；而原子由于具有較長的相干時(shí)間適合于量子態(tài)的存儲(chǔ)。對(duì)于未來基于光場和原子系統(tǒng)的量子信息網(wǎng)絡(luò)，量子態(tài)需要在不同的物理載體之間進(jìn)行高保真度的相互轉(zhuǎn)移。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，量子信息網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通常由不同的物理體系構(gòu)成，從而具有不同的光學(xué)特征頻率。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)光場量子態(tài)在不同光學(xué)頻率之間進(jìn)行高保真度轉(zhuǎn)換功能的量子接口器件將是未來量子信息網(wǎng)絡(luò)的重要基本組成部分。例如，在量子信息網(wǎng)絡(luò)中，量子態(tài)需要在原子載體和光場載體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移；以及不同載波波長的光場之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。利用光場量子態(tài)的頻率變換技術(shù)，就能夠?qū)⒉煌ぷ鞑ㄩL的量子系統(tǒng)相互聯(lián)系起來。光場的正交分量具有連續(xù)譜的結(jié)構(gòu)，屬于連續(xù)變量范疇，在量子光學(xué)及量子信息領(lǐng)域具有極重要的應(yīng)用。專利“Conver sion of quantum information from one photonicrepresentation to anotherphotonic representation, Patent No. :US 7，449，672 B2，，提出了關(guān)于光子的量子信息頻率變換的方法和裝置，但在該專利中所涉及的量子信息的載體只限于光子的偏振，光子數(shù)，時(shí)間區(qū)間，以及角動(dòng)量，并不包括光場的正交分量。基于光學(xué)二階非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量光場量子態(tài)頻率變換的最有效方案之一。文獻(xiàn) “Observation of quantum frequencyconversion, Phys. Rev. Lett. 68, 2153(1992) ”報(bào)道了通過脈沖光學(xué)和頻過程將非經(jīng)典孿生光束中的一束進(jìn)行頻率變換，實(shí)驗(yàn)上觀察到頻率變換后的光場和孿生光束中的剩余光束之間存在著非經(jīng)典的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)。在上述實(shí)驗(yàn)方案中，泵浦光和信號(hào)光均單次穿過非線性介質(zhì)發(fā)生相互作用，因此所需的抽運(yùn)光場必須是具有高峰值功率的短脈沖光場，而對(duì)于抽運(yùn)光場是連續(xù)波光場的情形并不適用。文獻(xiàn)“Frequency conversion of an entangled state, Phys. Rev. A 73，033817(2006)”理論分析了利用和頻過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量糾纏態(tài)的量子態(tài)頻率上轉(zhuǎn)換。該文獻(xiàn)引入了諧振腔，從而增強(qiáng)了非線性相互作用，適用于連續(xù)波情形下的量子態(tài)頻率變換，不足之處是諧振腔對(duì)輸入的信號(hào)光場和和頻上轉(zhuǎn)換光場均共振，由于腔線寬的限制，該方案只適合于窄帶的量子態(tài)頻率變換，具有很大局限性。文獻(xiàn)“Frequency conversion of continuousvariablequantum states, J. Opt. Soc. Am. B 25, 269(2008) ” 理論分析了基于諧振腔的寬帶連續(xù)波連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換，并研究了泵浦光額外起伏噪聲對(duì)量子態(tài)頻率變換的影響，但是該文獻(xiàn)并沒有提出如何有效克服泵浦光額外起伏噪聲帶來的不利影響。在實(shí)際中，作為強(qiáng)泵浦光的激光光源通常存在著較大的額外起伏噪聲，這將會(huì)極大影響和降低連續(xù)變量光場量子態(tài)的頻率變換保真度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好的連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量光場量子態(tài)的高效、高保真度頻率上變換或者下變換，而且量子態(tài)頻率變換的保真度對(duì)泵浦光場的額外起伏噪聲不敏感。本專利技術(shù)提供的一種連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，包括泵浦光源，第一、第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)，第一、第二光束耦合系統(tǒng)，第一、第二模式匹配系統(tǒng)，第一、第二非線性光學(xué)諧振器，第一、第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)，第一、第二光場過濾系統(tǒng)，平衡零拍測量系統(tǒng)；所述的泵浦光源輸出的一束激光依次經(jīng)過第一光強(qiáng)控制系統(tǒng)和第一光束耦合系統(tǒng)后與輸入的連續(xù)變量光場量子態(tài)耦合，經(jīng)過第一模式匹配系統(tǒng)和第一非線性光學(xué)諧振器產(chǎn)生頻率變換量子態(tài)，頻率變換量子態(tài)經(jīng)過第一光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和第一光場過濾系統(tǒng)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)；泵浦光源輸出的另一束激光依次經(jīng)過第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)和第二光束稱合系統(tǒng)后與輸入的本地光場耦合，經(jīng)過第二模式匹配系統(tǒng)和第二非線性光學(xué)諧振器產(chǎn)生頻率變換本地光場，頻率變換本地光場經(jīng)過第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和第二光場過濾系統(tǒng)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)；所述的泵浦光源為單頻連續(xù)波激光光源；所述的第一非線性光學(xué)諧振器和第二非線性光學(xué)諧振器均由非線性介質(zhì)、腔長鎖定系統(tǒng)和至少兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，其中一個(gè)反射鏡固定在壓電陶瓷上，作為輸入耦合的反射鏡外表面鍍有對(duì)泵浦光和信號(hào)光的減反膜，內(nèi)表面鍍有信號(hào)光的高透膜、泵浦光的部分反射膜和頻率轉(zhuǎn)換光的高透膜；作為輸出耦合的反射鏡內(nèi)表面鍍有對(duì)信號(hào)光的高透膜、泵浦光的高反射膜和頻率轉(zhuǎn)換光的高透膜，外表面鍍有對(duì)信號(hào)光和頻率轉(zhuǎn)換光的減反膜；其余的反射鏡內(nèi)表面鍍有對(duì)信號(hào)光、泵浦光和頻率轉(zhuǎn)換光的高反射膜；非線性介質(zhì)兩個(gè)表面鍍有對(duì)信號(hào)光、泵浦光和頻率轉(zhuǎn)換光的減反膜。所述的第一光場過濾系統(tǒng)和第二光場過濾系統(tǒng)均由能實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率轉(zhuǎn)換光高透射，且對(duì)泵浦光、信號(hào)光以及泵浦光的二次諧波高反射的至少一個(gè)平面反射鏡構(gòu)成。所述的第一光束耦合系統(tǒng)和第二光束耦合系統(tǒng)均由兩面鍍膜的45度平面反射鏡構(gòu)成，其中泵浦光對(duì)應(yīng)的入射面鍍有45度泵浦光減反膜，信號(hào)光對(duì)應(yīng)的入射面鍍有45度信號(hào)光高反射膜和泵浦光的高透膜。本專利技術(shù)裝置中，第一光強(qiáng)控制系統(tǒng)和第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)用來精確控制泵浦光的光強(qiáng)以實(shí)現(xiàn)最佳量子態(tài)頻率變換；第一光束耦合系統(tǒng)和第二光束耦合系統(tǒng)用來耦合泵浦光和信號(hào)光，使得兩光束的路徑空間完全重合；第一模式匹配系統(tǒng)和第二模式匹配系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)泵浦光和信號(hào)光的空間模式到第一非線性光學(xué)諧振器和第二非線性光學(xué)諧振器的模式匹配；第一非線性光學(xué)諧振器和第二非線性光學(xué)諧振器用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)光場的高效、高保真度量子態(tài)頻率變換及本地光場的頻率變換；第一光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)用來將第一非線性光學(xué)諧振器和第二非線性光學(xué)諧振器出射的發(fā)散光場進(jìn)行準(zhǔn)直；第一光場過濾系統(tǒng)和第二光場過濾系統(tǒng)用來將第一光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)輸出光場中剩余的泵浦光、信號(hào)光以及泵浦光的二次諧波光場完全過濾掉，只讓頻率變換光場無損耗通過；平衡零拍測量系統(tǒng)用來探測頻率變換光場量子態(tài)的正交分量信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和效果本專利技術(shù)連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，信號(hào)光連續(xù)變量量子態(tài)及相應(yīng)的本地光場入射該裝置后，可以實(shí)現(xiàn)高效、高保真度的連續(xù)變量量子態(tài)的頻率變換及頻率變換量子態(tài)的平衡零拍測量，同時(shí)該裝置對(duì)泵浦光場的額外起伏噪聲不敏感。本專利技術(shù)連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，在獲得信號(hào)光量子態(tài)頻率變換的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)本地光場的頻率變換，有效解決了對(duì)頻率變換量子態(tài)進(jìn)行平衡零拍測量所需的本地光場問題。本專利技術(shù)連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，信號(hào)光量子態(tài)和本地光場的頻率變換過程的泵浦光源來自于同一激光器，從而泵浦光源的額外起伏噪聲將同時(shí)轉(zhuǎn)移到頻率變換光場和相應(yīng)的本地光場中，由于平衡零拍測量只與本地光場和信號(hào)光場的相對(duì)相位有關(guān)，來自于共同泵浦光源的額外起伏相位噪聲將被抵消，因此該裝置可以有效克服泵浦光場額外相位噪聲對(duì)連續(xù)變量量子態(tài)頻率本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，其特征在于，包括泵浦光源（1），泵浦光源（1）輸出的一束激光依次經(jīng)過第一光強(qiáng)控制系統(tǒng)（2）和第一光束耦合系統(tǒng)（3）后與輸入的連續(xù)變量光場量子態(tài)S耦合，經(jīng)過第一模式匹配系統(tǒng)（4）和第一非線性光學(xué)諧振器（5）產(chǎn)生頻率變換量子態(tài)，頻率變換量子態(tài)經(jīng)過第一光束準(zhǔn)直系統(tǒng)（6）和第一光場過濾系統(tǒng)（7）進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)（14）；泵浦光源（1）輸出的另一束激光依次經(jīng)過第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)（8）和第二光束耦合系統(tǒng)（9）后與輸入的本地光場L耦合，經(jīng)過第二模式匹配系統(tǒng)（10）和第二非線性光學(xué)諧振器（11）產(chǎn)生頻率變換本地光場，頻率變換本地光場經(jīng)過第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)（12）和第二光場過濾系統(tǒng)（13）進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)（14）；所述的泵浦光源（1）為單頻連續(xù)波激光光源；所述的第一非線性光學(xué)諧振器（5）和第二非線性光學(xué)諧振器（11）均由非線性介質(zhì)、腔長鎖定系統(tǒng)和至少兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，其中一個(gè)反射鏡固定在壓電陶瓷上，作為輸入耦合的反射鏡外表面鍍有對(duì)泵浦光和信號(hào)光的減反膜，內(nèi)表面鍍有信號(hào)光的高透膜、泵浦光的部分反射膜和頻率轉(zhuǎn)換光的高透膜；作為輸出耦合的反射鏡內(nèi)表面鍍有對(duì)信號(hào)光的高透膜、泵浦光的高反射膜和頻率轉(zhuǎn)換光的高透膜，外表面鍍有對(duì)信號(hào)光和頻率轉(zhuǎn)換光的減反膜；其余的反射鏡內(nèi)表面鍍有對(duì)信號(hào)光、泵浦光和頻率轉(zhuǎn)換光的高反射膜；非線性介質(zhì)兩個(gè)表面鍍有對(duì)信號(hào)光、泵浦光和頻率轉(zhuǎn)換光的減反膜。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種連續(xù)變量量子態(tài)頻率變換裝置，其特征在于，包括泵浦光源(I)，泵浦光源(I)輸出的一束激光依次經(jīng)過第一光強(qiáng)控制系統(tǒng)(2)和第一光束耦合系統(tǒng)(3)后與輸入的連續(xù)變量光場量子態(tài)S稱合,經(jīng)過第一模式匹配系統(tǒng)(4)和第一非線性光學(xué)諧振器(5)產(chǎn)生頻率變換量子態(tài)，頻率變換量子態(tài)經(jīng)過第一光束準(zhǔn)直系統(tǒng)(6)和第一光場過濾系統(tǒng)(7)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)(14);泵浦光源(I)輸出的另一束激光依次經(jīng)過第二光強(qiáng)控制系統(tǒng)(8)和第二光束稱合系統(tǒng)(9)后與輸入的本地光場L稱合,經(jīng)過第二模式匹配系統(tǒng)(10)和第二非線性光學(xué)諧振器(11)產(chǎn)生頻率變換本地光場，頻率變換本地光場經(jīng)過第二光束準(zhǔn)直系統(tǒng)(12)和第二光場過濾系統(tǒng)(13)進(jìn)入平衡零拍測量系統(tǒng)(14); 所述的泵浦光源(I)為單頻連續(xù)波激光光源； 所述的第一非線性光學(xué)諧振器(5)和第二非線性光學(xué)諧振器(11)均由非線性介質(zhì)、腔長鎖定系統(tǒng)和至少兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，其中一個(gè)反射鏡固定在壓電陶瓷上，作為輸...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李永民，孔德歡，彭堃墀，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山西大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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