一種連續(xù)變量量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間非經(jīng)典態(tài)的傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種連續(xù)變量量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間非經(jīng)典態(tài)的傳輸裝置，它是一種可應(yīng) 用于量子信息網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-原子系綜之間的壓縮態(tài)的傳輸裝置，是一種將量子態(tài)的存 儲(chǔ)和傳輸相結(jié)合的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著量子信息的發(fā)展，由光和原子組成的量子信息網(wǎng)絡(luò)是實(shí)際應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。 原子系綜是實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有效方法之一，可W作為量子存儲(chǔ)、處理節(jié)點(diǎn)。壓縮態(tài)不但 是量子力學(xué)的重要內(nèi)容之一，而且是量子信息和量子測量的必要資源。壓縮態(tài)在量子網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)和在量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸是發(fā)展量子信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。
[0003] 在2008年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授研究組利用自發(fā)拉曼散射過程制備了 分離變量的光和原子系綜之間的糾纏，通過量子離物傳態(tài)協(xié)議將光子的量子態(tài)傳輸?shù)搅嗽?子系綜，在Nature Physics 4,103(2008)發(fā)表題為"Memory-built-in quantum telepo;rtation with photonic and atomic qubits"的論文。在2012年，該研究組利用該 方法將一個(gè)原子系綜的量子態(tài)傳輸?shù)搅肆硪粋€(gè)原子系綜，在Proc. Natl .Acad. Sci . 109， 20347(2012)發(fā)表題為％uantum teleportation between remote atomic-ensemble quantum memories"的論文。
[0004] W上兩個(gè)研究工作將分離變量的光子量子態(tài)、原子系綜量子態(tài)幾率性地傳輸?shù)皆?子系綜，解決了量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的量子態(tài)傳輸?shù)膯栴}，但上述方法還存在著幾率性傳輸 的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有分離變量的原子系綜之間存在著幾率性傳輸?shù)募夹g(shù)問 題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好的可W應(yīng)用于量子信息網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)變量量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之 間非經(jīng)典態(tài)的傳輸裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于連續(xù)變量量子信息中光場 的正交分量和原子系綜的集體自旋波，利用電磁誘導(dǎo)透明過程在原子系綜中實(shí)現(xiàn)了非經(jīng)典 態(tài)的確定性存儲(chǔ)，同時(shí)利用自發(fā)拉曼散射過程產(chǎn)生的連續(xù)變量光和原子系綜的糾纏，確定 性地傳輸連續(xù)變量原子系綜的非經(jīng)典態(tài)。在控制光的作用下，實(shí)現(xiàn)非經(jīng)典態(tài)在原子系綜中 的存儲(chǔ)和釋放。在寫光信號(hào)和原子系綜的作用下，產(chǎn)生斯托克斯光和原子系綜自旋波的糾 纏，然后通過測量和反饋，實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的傳輸;在讀光信號(hào)和原子系綜的作用下，將原子系 綜自旋波的量子態(tài)映射到反斯托克斯光的量子態(tài)，通過測量反斯托克斯光，驗(yàn)證原子系綜 的非經(jīng)典特性。
[0007] -種連續(xù)變量量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間非經(jīng)典態(tài)的傳輸裝置，其包括=套光源單元、光 束禪合系統(tǒng)、第一、第二原子系綜、糾纏測量系統(tǒng)和反饋單元;所述光束禪合系統(tǒng)由六個(gè)格 蘭湯姆森棱鏡和一個(gè)光學(xué)分束器組成，所述糾纏測量系統(tǒng)由=套平衡零拍探測系統(tǒng)和可存 儲(chǔ)數(shù)字示波器組成，所述反饋單元是具有頻率過濾的可變增益放大電路;所述第一光源單 元設(shè)有兩個(gè)輸出端，并且分別和第二、第=光源單元的輸入端相連接;所述第二光源單元設(shè) 有第一累浦光脈沖信號(hào)api輸出端、寫光脈沖信號(hào)aw輸出端、光脈沖信號(hào)aR輸出端、兩束本地 振蕩光信號(hào)aLi、aL3輸出端和兩束模擬光脈沖信號(hào)aL4、aL6輸出端;所述第立光源單元設(shè)有第 二累浦光脈沖信號(hào)aP2輸出端、探針光脈沖信號(hào)a'L日輸出端、本地振蕩光信號(hào)3L2輸出端和控 制光脈沖信號(hào)ac輸出端;其中，第一累浦光脈沖信號(hào)aPi輸出端與第一原子系綜第一輸入端 連接;豎直偏振的寫光脈沖信號(hào)aw輸出端和水平偏振的第一束模擬光脈沖信號(hào)ai6輸出端分 別連接第一格蘭湯姆森棱鏡的兩個(gè)輸入端，第一格蘭湯姆森棱鏡的輸出端與第一原子系綜 的第二輸入端連接;豎直偏振的讀光脈沖信號(hào)SR輸出端和水平偏振的第二束模擬光脈沖信 號(hào)3L4輸出端分別連接第二格蘭湯姆森棱鏡的兩個(gè)輸入端，第二格蘭湯姆森棱鏡的輸出端與 第一原子系綜的第=輸入端連接;第一套原子系綜的第一、第二輸出端分別連接第四、第五 格蘭湯姆森棱鏡的輸入端;第二累浦光脈沖信號(hào)aP2輸出端與第二原子系綜第一輸入端連 接;豎直偏振的控制光脈沖信號(hào)ac輸出端和水平偏振的探針光脈沖信號(hào)a'L5輸出端分別連 接第=格蘭湯姆森棱鏡的兩個(gè)輸入端，第=格蘭湯姆森棱鏡的輸出端與第二原子系綜的第 二輸入端連接;第二套原子系綜的輸出端連接第六格蘭湯姆森棱鏡的輸入端;第四、第六格 蘭湯姆森棱鏡的輸出端與光學(xué)分束器的兩個(gè)輸入端連接，光學(xué)分束器的兩個(gè)輸出端和第 一、第二平衡零拍探測系統(tǒng)的第一輸入端連接，第一、第二束本地振蕩光信號(hào)au、aL2輸出端 分別連接第一、第二平衡零拍探測系統(tǒng)的第二輸入端，第一、第二平衡零拍探測系統(tǒng)的輸出 端通過反饋單元與第一原子系綜的射頻線圈連接;第五格蘭湯姆森棱鏡的輸出端連接第= 平衡零拍探測系統(tǒng)的第一輸入端，第=束本地振蕩光信號(hào)3L3輸出端連接第=平衡零拍探測 系統(tǒng)的第二輸入端，第=平衡零拍探測系統(tǒng)的輸出端和可存儲(chǔ)數(shù)字示波器連接。
[0008] 所述第一光源單元，包括低噪聲、窄線寬、可調(diào)諧的可調(diào)諧激光器和單模1x2光纖 禪合器;可調(diào)諧激光器的輸出端與單模1x2光纖禪合器的輸入端連接，單模1x2光纖禪合器 的輸出端與第二、第=光源單元輸入端連接。
[0009] 所述第二光源單元，包括單模1x7光纖禪合器和屯套聲光調(diào)制器;單模1巧光纖禪 合器的輸出端分別與屯套聲光調(diào)制器的輸入端連接，使屯套聲光調(diào)制器生成累浦光脈沖信 號(hào)api、寫光脈沖信號(hào)aw、讀光脈沖信號(hào)aR、兩束本地振蕩光信號(hào)aLi、aL3和兩束模擬光脈沖信 號(hào)日14>日16〇
[0010] 所述第=光源單元，包括單模1x4光纖禪合器、五套聲光調(diào)制器和光學(xué)參量放大 器;單模1x4光纖禪合器的輸出端分別與四套聲光調(diào)制器輸入端連接，第二聲光調(diào)制器光學(xué) 的輸出端和光學(xué)參量放大器的輸入端連接，光學(xué)參量放大器的輸出端和第五聲光調(diào)制器輸 入端連接，最終生成第二累浦光脈沖信號(hào)ap2、探針光脈沖信號(hào)a'L5、本地振蕩光信號(hào)ai2和控 制光脈沖信號(hào)ac。
[0011] 所述第一原子系綜由立方原子氣室、射頻線圈、磁屏蔽系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)組成;所述 磁屏蔽系統(tǒng)由此屏壁紙、磁屏蔽筒組成;所述立方原子氣室充有原子氣體和一定量的緩沖 惰性氣體，在立方原子氣室的通光面鍛有激光相應(yīng)波長的減反膜;立方原子氣室放置于射 頻線圈內(nèi)；射頻線圈的外層用磁屏蔽紙包裹，并且放置于金屬的磁屏蔽筒內(nèi)；在磁屏蔽筒的 外層采用加熱帶、保溫材料和控溫儀器組成的溫控系統(tǒng)對鋼原子加熱并且精確控溫。
[0012] 所述第二原子系綜由立方原子氣室、磁屏蔽系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)組成;所述磁屏蔽系 統(tǒng)由此屏壁紙、磁屏蔽筒組成;所述立方原子氣室充有原子氣體和一定量的緩沖惰性氣體， 在立方原子氣室的通光面鍛有激光相應(yīng)波長的減反膜;立方原子氣室的外層用磁屏蔽紙包 裹，并且放置于金屬的磁屏蔽筒內(nèi)；在磁屏蔽筒的外層采用加熱帶、保溫材料和控溫儀器組 成的溫控系統(tǒng)對鋼原子加熱并且精確控溫。
[0013] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，利用電磁誘導(dǎo)透明過程將壓縮態(tài)光場存儲(chǔ)在原子系 綜，并且利用光和原子的自發(fā)拉曼散射過程產(chǎn)生斯托克斯光的正交分量和原子系綜自旋波 的糾纏，確定性的在原子系綜之間將非經(jīng)典態(tài)進(jìn)行傳輸。最后，利用光和原子的自發(fā)拉曼散 射過程產(chǎn)生反斯托克斯光，將原子系綜自旋波的量子態(tài)映射到反斯托克斯光的量子態(tài)，進(jìn) 而通過測量反斯托克斯光的正交分量的量子噪聲，驗(yàn)證原子系綜自旋波的斯托克斯分量的 量子噪聲特性。因此，與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、確定性傳輸?shù)膬?yōu) 點(diǎn)。本發(fā)明有W下有益效果：
[0014] 1、本發(fā)明所利用的電磁誘導(dǎo)透明過程可控地存儲(chǔ)和釋放了光學(xué)參量放大器產(chǎn)生 的壓縮光。
[0015] 2、本發(fā)明所利用的光和原子的自發(fā)拉曼散射過程確定性地產(chǎn)生斯托克斯光的正 交分量和原子系綜自旋波的斯托克斯分量的糾纏。
[0016] 3、本發(fā)明所利用的自發(fā)拉曼散射過程產(chǎn)生的連續(xù)變量光和原子糾纏，通過將斯托 克斯光和釋放光干設(shè)、測量、反饋，確定性地在原子系綜之間傳輸非經(jīng)典態(tài)。
[0017] 4、本發(fā)明所利用的光和原子的自發(fā)拉曼散射過程產(chǎn)生反斯托克斯光，驗(yàn)證原子系 綜