[发明专利]贝尔态的转换方法、转换系统及应用

说明书

一种贝尔态的转换方法，包括：使处在贝尔态的两个量子比特的任意一个量子比特的两个本征态在不同的时刻经过调相而被施加不同的相位。以及一种贝尔态的转换系统和上述转换方法在量子领域的应用。本发明通过在不同时刻对量子比特的两个本征态施加相应相位的设计，使得实现贝尔态转换的局域操作灵活多变，可增强某些量子通信(如确定性量子密钥分配)的安全性，另外，该设计可以方便地集成多种贝尔态的局域操作。

技术领域

本发明属于量子信息技术领域，具体涉及贝尔态的转换方法和转换系统，适用于量子精密测量、量子通信、量子计算等应用领域。

背景技术

以偏振纠缠的δ_z操作为例，目前常见的实现方法是利用调相器或者是分数波片(1/2或者1/4波片)，直接在本征态水平偏振|H>和竖直偏振|V>之间引入相位差π[M.Ostermeyer et al，Optics Communications，281，4540(2008)；K.Mattle et al，Phys.Rev.Lett.76，4656(1996)]。调相器方法的缺点在于，调相器的调制效果和插入损耗都是偏振相关的，很难做到对两个偏振态完全对称，而且这种实现方式只能使用特定工艺的调相器；而分数波片方法的缺点在于，调制速度过慢，很难满足通信要求。

以时间窗(time-bin)纠缠的δ_z操作为例，目前较为常见的实现方法是利用不等臂干涉仪结合调相器，直接在本征态前时间窗态|S>和后时间窗态|L>之间引入相位差π[W.Tittel et al，Phys.Rev.Lett.84，4737(2000)]。该方法的缺点在于，需要对转换后的态进行后选择，操作复杂且效率大大降低，不易进行组合操作。

另外，随机执行等效操作(如δ_z和-δ_z)可以保证某些量子通信的安全性[Han，Yun-Guang，et al.″Security of modified Ping-Pong protocol in noisy and lossychannel.″Scientific reports 4，4936(2014).]，然而上述贝尔态的转换方法不能实现这类等效操作。

总之，目前已有的贝尔态转换方式已不能满足量子计算和量子通信中稳定、高速、高效和安全性的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种贝尔态转换方法和转换系统，以克服以上所述贝尔态转换方式速度和效率等方面的问题。

为解决上述技术问题，实现本发明目的，本发明提出了一种贝尔态的转换方法，所述转换方法包括：

使处在贝尔态两个量子比特的任意一个量子比特的两个本征态在不同的时刻经过调相而被施加不同的相位。

根据本发明的一种具体实施方案，所述贝尔态为处在偏振纠缠的贝尔态。

根据本发明的一种具体实施方案，所述贝尔态为处在时间窗纠缠的贝尔态。

根据本发明的一种具体实施方案，使所述两个量子比特的任意一个量子比特通过含调相器的Sagnac环，所述调相器在Sagnac环内被非对称放置。

根据本发明的一种具体实施方案，使所述两个量子比特的任意一个量子比特通过调相器和法拉第旋转反射镜。

另外，本发明还提供一种贝尔态的转换方法，其中，所述转换方法包括：

使处在贝尔态的两个量子比特的其中一个量子比特的两个本征态在不同的时刻经过第一调相而被施加不同的相位，同时使另一个量子比特的两个本征态在不同的时刻经过第二调相而被施加不同的相位。

而且，本发明还提供一种贝尔态的转换系统，其中，所述转换系统包括：