[发明专利]基于弱测量的波函数直接测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于弱测量的波函数直接测量方法及装置，该方法包括如下步骤：在某一时刻对待测单光子施加相位调制，调制深度控制到微扰程度；在同一时刻对待测单光子施加振幅调制，调制深度同样控制到微扰程度；将没有经过弱调制的单光子、经过相位弱调制的单光子以及经过振幅弱调制的单光子进行频域强选择，选出特定频率光子进行符合计数；采集特定频率的没有经过弱调制的光子数、经过相位弱调制的光子数以及经过振幅弱调制的光子数，进行比较计算可以还原出弱值及待测波函数。本发明将实现对波函数的直接非破坏性测量，同时由于预选态与后选态趋于正交，弱值理论上可以接近无限大，大幅提升测量精度和有效性。

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域，具体涉及一种基于弱测量的波函数直接测量方法及装置，可以应用于广泛的量子信息领域(包括量子通信、量子计算及量子精密测量等技术方向)。

背景技术

弱测量理论及弱值概念最初由Aharonov，Albert和Vaidman于1988年提出，并于1991年首次得到实验验证。此后，弱测量有关的理论不断发展完善，其应用领域也得以拓宽，相比于传统测量手段，体现出了独有的物理特性、巨大的发展潜力以及广阔的应用前景。

波函数作为基本物理量，涉及到量子通信信息编码、量子态传输、探测等诸多领域。关于时域波函数的测量，在传统的测量技术中，测量设备与待测量的耦合势必导致波函数塌缩，量子退相干效应也限制了对波函数信息的提取和还原。长期以来只能通过直接的光子计数来获得波函数的振幅信息，或者通过搭设单独的干涉仪来获得波函数相位信息。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种基于弱测量的波函数直接测量方法及装置，结构简单、测量精确、可行性强，且能够同时得到波函数的幅度和相位信息，还原出完整波函数。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种基于弱测量的波函数直接测量方法，包括如下步骤：

在某一时刻对待测单光子施加相位调制，调制深度控制到微扰程度；

在同一时刻对待测单光子施加振幅调制，调制深度同样控制到微扰程度；

将没有经过弱调制的单光子、经过相位弱调制的单光子以及经过振幅弱调制的单光子进行频域强选择，选出特定频率光子进行符合计数；

采集特定频率的没有经过弱调制的光子数、经过相位弱调制的光子数以及经过振幅弱调制的光子数，进行比较计算可以还原出弱值及待测波函数。

进一步地，所述微扰程度为3°～5°。

进一步地，通过相位电光调制器对待测单光子施加相位调制，通过对相位电光调制器电压的控制，实现人为可控的相位微扰。

进一步地，通过幅度电光调制器对待测单光子施加振幅调制，通过对幅度电光调制器电压的控制，实现人为可控的幅度微扰。

进一步地，通过法布里-珀罗干涉仪进行频域强选择，选出特定频率光子透射。

进一步地，通过单光子计数器对特定频率的单光子采集计数。

进一步地，所述基于弱测量的波函数直接测量方法用于时域波函数直接测量方法具体如下：

将待测时域波函数表示为ψ(t)，时域弱调制可以表示为频域强选择表示为|v＞，则可以构建所需要的弱值该弱值与待测波函数成一阶线性关系，通过测得该弱值，进而得到待测波函数；

不施加时域弱调制，仅对光子进行频域强选择，光子计数的结果为|＜v|ψ＞|²；

施加时域相位弱调制待测波函数演化为之后对光子进行频域强选择，光子计数的结果为