一种量子信息的分束装置及分束方法

本发明属于量子信息，具体涉及一种量子信息的分束装置及分束方法。

背景技术：

1、信息网络中需使用分束装置将信息分发给不同用户。以经典线性分束器作为分束装置时，编码于不同载波光场的信息信噪比将受到不同程度的影响。当载波光场噪声远大于散粒噪声极限时，使用经典线性分束器对信息进行分发，各用户可得到与原信息相同信噪比的信息。当载波光场的噪声等于，特别是小于散粒噪声极限时，线性分束器的使用会引入大量真空噪声，导致分束后的信息信噪比降低，从而使用户得到的有效信息量减小，甚至无法得到信息。

2、相干态光场的噪声为散粒噪声基准，因此以其为载波的信息信噪比受经典极限所限制。以低于散粒噪声的光场如孪生光束等为载波时，信息信噪比高于经典极限。通过压缩真空注入的线性分束器可以实现相干态编码的量子信息分束(参见文献shapiro jeffreyh.,optical waveguide tap with infinitesimal insertion loss.[j].opticsletters,1980,5(8):351)。通过纠缠光注入的参量放大器可以实现孪生双光束编码的量子信息分束(参见专利：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，201911100247.x)。

3、目前，并没有能够同时用于相干态和纠缠态编码的可级联量子信息分束装置。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种量子信息的分束装置及分束方法。

2、本发明的技术方案是：一种量子信息的分束装置，包括第一光学参量放大器，所述第一光学参量放大器输出端产生一对频率不同、空间上共同传输的孪生光束，孪生光束输入到相位调制器中，相位调制器输出端输出携带信息的孪生光束，携带信息的孪生光束输入到粗波分复用器中，粗波分复用器输出第一光束、第二光束，第一光束与第一压缩真空源的输出光束同时注入第二光学参量放大器，第二光束与第二压缩真空源输出光束同时注入第三光学参量放大器，平衡零拍探测器对第二光学参量放大器、第三光学参量放大器的输出光束进行探测。

3、更进一步的，所述平衡零拍探测器为四通道平衡零拍探测器，所述第二光学参量放大器、第三光学参量放大器均输出两束光束。

4、更进一步的，所述平衡零拍探测器输出的光电流由数据采集运算装置进行采集，并进行加/减运算处理。

5、更进一步的，所述数据采集运算装置与信息显示装置相连，所述信息显示装置进行信息显示。

6、更进一步的，所述第一压缩真空源、第二压缩真空源的输出光束压缩度相同。

7、更进一步的，所述第一压缩真空源输出的压缩真空光束与第二光束频率相同。

8、更进一步的，所述第二压缩真空源输出的压缩真空光束与第一光束频率相同。

9、更进一步的，所述数据采集运算装置中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。

10、一种量子信息的分束装置的分束方法，包括以下步骤：

11、a.产生待分束信息，并进行空间分离；

12、b.对携带信息的两光束进行无噪声放大和分束；

13、c.对放大和分束后的四光束进行正交相位测量；

14、d.对四路光电流进行加/减运算；

15、e.进行信噪比和传输系数计算。

16、更进一步的，步骤a产生待分束信息，并进行空间分离，具体过程如下：

17、首先，第一光学参量放大器输出频率不同的信号和闲频光束共同经过相位调制器进行相位调制；

18、然后，调制后的信号和闲频光束通过粗波分复用器后，在空间上分为两束；

19、最后，当第一光学参量放大器的增益为零时，待分束信息为相干态编码，当第一光学参量放大器的增益大于零时，待分束信息为纠缠态编码。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明利用压缩真空态注入的光学参量放大器实现相干态及纠缠态编码的四路无噪声量子信息分束，抗损耗，并且可以级联。本发明通过两级级联使用，可获得九路无噪声信息分束。

技术特征：

1.一种量子信息的分束装置，包括第一光学参量放大器（1），其特征在于：所述第一光学参量放大器（1）输出端产生一对频率不同、空间上共同传输的孪生光束，孪生光束输入到相位调制器（2）中，相位调制器（2）输出端输出携带信息的孪生光束，携带信息的孪生光束输入到粗波分复用器（3）中，粗波分复用器（3）输出第一光束、第二光束，第一光束与第一压缩真空源（41）的输出光束同时注入第二光学参量放大器（51），第二光束与第二压缩真空源（42）输出光束同时注入第三光学参量放大器（52），平衡零拍探测器（6）对第二光学参量放大器（51）、第三光学参量放大器（52）的输出光束进行探测。

2.根据权利要求1所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述平衡零拍探测器（6）为四通道平衡零拍探测器，所述第二光学参量放大器（51）、第三光学参量放大器（52）均输出两束光束。

3.根据权利要求2所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述平衡零拍探测器（6）输出的光电流由数据采集运算装置（7）进行采集，并进行加/减运算处理。

4.根据权利要求3所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述数据采集运算装置（7）与信息显示装置（8）相连，所述信息显示装置（8）进行信息显示。

5.根据权利要求1所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述第一压缩真空源（41）、第二压缩真空源（42）的输出光束压缩度相同。

6.根据权利要求5所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述第一压缩真空源（41）输出的压缩真空光束与第二光束频率相同。

7.根据权利要求5所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述第二压缩真空源（42）输出的压缩真空光束与第一光束频率相同。

8.根据权利要求4所述的一种量子信息的分束装置，其特征在于：所述数据采集运算装置（7）中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。

9.一种量子信息的分束装置的分束方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种量子信息的分束装置的分束方法，其特征在于：步骤a产生待分束信息，并进行空间分离，具体过程如下：

技术总结本发明公开了一种量子信息的分束装置及分束方法，分束装置包括第一光学参量放大器，第一光学参量放大器产生一对孪生光束，孪生光束输入到相位调制器中，携带信息的孪生光束输入到粗波分复用器中，粗波分复用器输出第一光束、第二光束，第一光束、第二光束分别与不同压缩真空源的输出光束注入到光学参量放大器中，平衡零拍探测器对第二和第三光学参量放大器的输出光束进行探测；其分束方法，包括以下步骤：产生待分束信息，并进行空间分离；对携带信息的两光束进行无噪声放大和分束；对放大和分束后的四光束进行正交相位测量；对四路光电流进行加/减运算；进行信噪比和传输系数计算。本发明实现相干态及纠缠态编码的四路无噪声量子信息分束。技术研发人员：刘楠楠,刘婷婷,刘新伟,张文艳,郝蕴琦,翟凤潇,杨坤受保护的技术使用者：郑州轻工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23