[发明专利]极化编码量子通信终端芯片及其应用

权利要求书

1.一种极化编码量子通信终端芯片，其特征在于，包括：设置于基底内相连的极化无关分束器、极化分束器以及片上集成探测器，其中：极化无关分束器的一端在所述量子通信终端芯片的一个端面设有用于接收任意极化编码的光量子比特的开口，另一端分别与极化分束器的输入臂衔接，极化分束器的输出臂分别与各个片上集成探测器衔接，以测量光量子信号。

2.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的极化编码量子通信终端芯片包括以下任意一种结构：

i.一个极化无关分束器、两个水平极化分束器以及四个片上集成探测器；

ii.一个极化无关分束器、一个水平的极化分束器、一个光轴倾斜的极化分束器以及四个片上集成探测器；

iii.一个极化无关分束器、一个半波片、两个水平的极化分束器以及四个片上集成探测器；

iv.一个极化无关分束器、两个光轴倾斜的极化分束器以及四个片上集成探测器；

v.一个极化无关分束器、两个波片、两个水平的极化分束器以及四个片上集成探测器。

3.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的极化无关分束器的结构采用以下任意一种方式实现：

①一个或两个串联的交叉耦合器；

②一个耦合区域呈倾角且不相交的定向耦合器，即定向倾斜耦合器；

③一个光轴重合于芯片法线的平面不相交定向耦合器，即定向水平耦合器。

4.根据权利要求2所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的极化分束器包括：两条带有双折射性质且在耦合区域不相交的波导构成的定向耦合器，其中：定向耦合器的一根输入臂直接与极化无关分束器的一根输出臂相连并接收任意极化编码的光量子比特；

所述的光轴倾斜的极化分束器包括：两条光轴倾斜且在与水平面具有与光轴倾斜夹角相同或互补的倾斜平面进行不相交耦合的波导构成的定向耦合器，其中定向耦合器的一根输入臂直接与极化无关分束器的一根输出臂相连并接收任意极化编码的光量子比特。

5.根据权利要求2或4所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的光轴倾斜为45°倾斜角，半波片及波片的光轴具有与极化分束器匹配的倾斜角(如22.5°)。

6.根据权利要求5所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的倾斜角采用飞秒激光以多次相距一定角度和间隔地直写得以实现。

7.根据权利要求1或2所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的片上集成探测器采用超导纳米线实现。

8.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的衔接，通过直接连接或以倏逝波耦合的形式实现。

9.根据权利要求3或4或8所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的耦合，通过调整不同交叉耦合间距以实现不同的双折射补偿，通过调整不同平行耦合间距以实现比例可控的分束。

10.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片，其特征是，所述的用于接收任意极化编码的光量子比特的开口通过调整激光绝热变换调整波导截面大小、或通过热膨胀过程使耦合光纤的模场直径与波导更匹配而实现与光纤的低损耗衔接。

11.一种极化编码量子通信终端芯片阵列，其特征在于，包括至少两个上述任一权利要求所述的极化编码量子通信终端芯片。

12.一种基于上述任一权利要求所述极化编码量子通信终端芯片的应用，其特征在于，用于接收直接对光子极化自由度编码的任意光量子比特。