[发明专利]基于共线切割双折射晶体的量子行走装置

权利要求书

1.一种基于共线切割双折射晶体的量子行走装置，其特征在于，包括：单光子源模块、量子行走模块和单光子时间谱分析模块；其中：

所述单光子源模块，用于通过自发参量下转换过程产生红外波段高度关联的单光子A和单光子B；其中的单光子A输入红外波段单光子探测器，红外波段单光子探测器输出信号接入单光子时间谱分析模块，单光子B输入至量子行走模块；

所述量子行走模块，用于对输入的单光子B进行量子态操作，并通过共线切割的双折射晶体实现量子行走中的自旋轨道耦合，最终形成典型的量子行走分布特征；

所述单光子时间谱分析模块，用于根据完成量子行走的单光子B与输入的单光子A来进行量子行走时间谱的扫描分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于共线切割双折射晶体的量子行走装置，其特征在于，所述单光子源模块包括：紫外激光系统、第一BBO晶体与单光子准直收集系统；

紫外激光系统发出的激光束经过透镜组整形后聚焦于所述第一BBO晶体上，由自发参量下转换过程产生红外波段高度关联的单光子A和单光子B；

单光子A经过单光子准直收集系统后经光纤导入红外波段单光子探测器，其输出信号接入单光子时间谱分析模块中的符合计数系统；

单光子B经过单光子准直收集系统后传输至量子行走模块，通过对单光子A的探测来预报单光子B的存在。

3.根据权利要求1所述的一种基于共线切割双折射晶体的量子行走装置，其特征在于，所述量子行走模块包括：硬币初态制备系统、量子行走系统与硬币末态分析系统；其中：

所述硬币初态制备系统包括：依次连接的起偏器、1/2波片与1/4波片；通过设置1/2波片与1/4波片的光轴角度，将单光子B制备到任意偏振态上；

所述量子行走系统包括：N组依次设置的单步行走系统；每一单步行走系统包括：依次设置的量子掷硬币操作装置与自旋轨道耦合操作装置；所述量子掷硬币操作装置由1/4波片、1/2波片与1/4波片依次排列组成，所述自旋轨道耦合操作装置由共线切割双折射晶体构成；单光子B每经过一次共线切割双折射晶体，其水平偏振分量都会比垂直偏振分量在时间上快一个由晶体长度决定的特定值；经过N步量子行走后，单光子B在时间域的位置就会呈现一定的特征，从而形成典型的量子行走分布特征；

所述硬币末态分析系统包括：依次设置的1/4波片、1/2波片与检偏器；用于对量子行走结束后的单光子B每个格点位置的硬币态进行分型测量。

4.根据权利要求1所述的一种基于共线切割双折射晶体的量子行走装置，其特征在于，所述单光子时间谱分析模块包括：红外脉冲激光、第二BBO晶体、频率滤波系统、紫外单光子探测系统与符合计数系统；

所述红外脉冲激光经过附属的光延时模块调整脉冲到达时间后，再经过透镜聚焦到第二BBO晶体上；所述量子行走模块输出的单光子B同时经过整形后聚焦于第二BBO晶体上同一点；调节红外脉冲激光的时间延时量，当红外脉冲激光和量子行走模块输出的单光子B在时间上重合时，第二BBO晶体内部发生的和频过程会将单光子B的能量转移致紫外波段，成为紫外单光子；

所述紫外单光子信号经过频率滤波系统以提升信噪比；经过滤波的紫外单光子经过整形后聚焦于紫外单光子探测系统，紫外单光子探测系统的输出信号接入符合计数系统，并与单光子A的计数信号一起，完成双光子符合计数测量。