[发明专利]一种实现弱测量的装置

说明书

本发明提供了一种实现弱测量的装置。该装置包括：第一半波片、第二半波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜和第二反射镜。应用本发明可以使得被测量后的量子态依然保留初始态的大部分信息，因而可以进行后续的量子信息处理。

技术领域

本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种实现弱测量的装置。

背景技术

近年来，量子信息技术蓬勃发展。相比于传统的信息技术，量子信息技术在运算速度、度量精度、通信安全等方面都体现出质的提升。量子信息技术基于量子力学基本原理，利用了量子叠加性、量子不可克隆定则、量子纠缠等量子特性进行信息处理。

在众多的应用情况下，量子信息处理的关键步骤在于对量子态的测量。例如，在量子密钥分发技术中，进行通信的接收端需要对发送端所发送的量子态进行测量。目前，大部分量子信息处理技术中所采用的测量为强测量。强测量的特点在于：在对量子态进行测量时，如果测量时所选择的基矢与待测量子态所编码的基矢不匹配，则该测量操作将导致被测量的量子态的坍塌。这样一来，坍塌后的量子态将会丢失初始态的大部分信息，甚至丢失所有信息。因此，被测量后的量子态将无法再进行后续的量子信息处理和信息提取。

例如，在典型的BB84量子密钥分发协议中，假设测量时所选择的基矢Z＝{|0＞，|1＞}，而待测量子态被编码为当使用基矢Z来测量该量子态时，该被测量子态将以1/2的概率坍塌到|0＞或者|1＞。由于测量时所选择的基矢与待测量子态所编码的基矢不匹配，因此该部分的测量数据将会被直接丢弃，同时该被测量之后的量子态也将因为失去了原始量子态的编码信息而遭到丢弃，无法再用于后续的量子信息处理和信息提取。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实现弱测量的装置，从而使得被测量后的量子态依然保留初始态的大部分信息，因而可以进行后续的量子信息处理。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种实现弱测量的装置，该装置包括：第一半波片、第二半波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一半波片用于将入射的光信号中的光子的偏振度向预设的第一方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至第一偏振分束器；

所述第一偏振分束器的第一输出端与第一反射镜连接，第二输出端与第二偏振分束器的第一输入端连接；所述第一偏振分束器用于将所接收的光信号根据偏振方向分成两束光信号分别通过两个不同的光路输出至第一反射镜和第二偏振分束器的第一输入端；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到第二反射镜；

所述第二反射镜将接收到的光信号反射到第二偏振分束器的第二输入端；

所述第二偏振分束器，用于将通过两个光路接收到的光信号合束后输出至第二半波片；

所述第二半波片用于将入射光信号中的光子的偏振度向所述第一方向的反方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至后续的探测器。

较佳的，在第一反射镜和第二反射镜之间设置一个石英晶体；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到所述石英晶体，并穿过所述石英晶体到达第二反射镜。

较佳的，所述后续的探测器，用于探测接收到的光信号中的光子的到达时间。

如上可见，在本发明中的实现弱测量的装置中，当待测系统的量子态编码于光信号中的光子的偏振自由度上时，使用了两个半波片对光子的偏振度进行了预设角度的偏转，并通过两个不同的光路引入了光子的时间自由度作为辅助系统，通过两个光路之间的光程差来调整待测系统和辅助系统的有效相互作用强度，最后通过后续的探测器探测光子的到达时间来进行测量，从而实现了对光子偏振态的弱测量。