[发明专利]一种反事实量子通信芯片

说明书

本发明公开了一种反事实量子通信芯片，包括四波混频发生器(1)、第一分束器一(2)、n个大循环结构(3)、n‑1个分束调制结构、单光子检测器(6)，大循环结构(3)包括分光镜一、m个小循环结构(34)，小循环结构(34)包括分光镜二、相位调制器三(341)、分光镜三、损耗平衡器(342)，本发明采用光量子的方式实现量子信息传输，能够更好的降低量子比特制备的难度。

技术领域

本发明涉及一种量子比特传输通信芯片实现，特指一种硅基片上的用于反事实通信量子比特传输和检验的新型量子信息传输芯片。

背景技术

量子反事实通信是基于量子力学中波粒二象性的特点来实现信息从Alice端发射传输，由Bob端接收，但是信息载体却不从Alice端传输到Bob端。并且传输信息为比特0还是比特1由Bob端的操作控制。在一轮通信结束后，Bob和Alice双方均可知道被传输的信息是比特0还是比特1。

1993年以色列科学家提出“无相互作用测量”方法，也称“炸弹测试模型”。如附图1所示，A处为一单光子光源，单光子经过分光镜后，各有50％的几率走上方或下方的光路。经过上下方的反射镜后，光子在对角位置的第二个分光镜处产生干涉。若B处没有炸弹，那么光子会在对角位置产生干涉，肯定会被C处的探测器探测到；反之，如果B处有炸弹，那么在C和D处的探测器各有50％的几率探测到光子。若B处有炸弹，那么50％的可能性是光子从下方光路走，直接引爆炸弹，有50％的可能性是从光子上方光路走，炸弹安然无恙，然后光子又分别有50％的可能性各自从C和D处出现。简而言之，在D处检测到光子证明B处肯定有炸弹。一个神奇的事实是，光子没有直接接触炸弹，但是有25％的概率知道B处有没有炸弹。这就可以有25％的几率，在不对B有观测的情况下，得到B的信息。一定程度上违背认知事实。之后，许多科学家就此开始研究量子反事实通信。2013年Zubairy小组根据“无相互作用测量”原理，对于模型进行多次嵌套和连接，提出了“反事实直接量子通信”的物理理论实现。通过多次对于改进后的“炸弹测试模型”进行嵌套，反事实直接量子通信在物理上，不进行实物粒子传递的情况下，实现对于被测量物体所携带信息的正确判断。

Aharonov博士又在2019年刊登的论文中，对于Zubairy小组的方案进行了修改。将单个嵌套环路改为前后的两个，从物理理论和逻辑上证明了“反事实直接量子通信”的确是没有进行实物粒子的传递，就获取了信息。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种反事实量子通信芯片，采用硅基光量子芯片来降低芯片的制造难度和量子的制备难度，通过热光效应的相位调制器实现了光子通道的通断，以不通过实物粒子交换的方式实现通信。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种反事实量子通信芯片，包括四波混频发生器、第一分束器一、n个大循环结构、n-1个分束调制结构、单光子检测器，n为大于等于2的整数，所述分束调制结构包括分束器二、相位调制器一，所述分束器二的上光出射口与相位调制器一连接，且分束器二的下光出射口的连接光路与相位调制器一的光出射口的连接光路合并成一条光路，其中：

四波混频发生器的光出射口与第一分束器一光入射口连接，第一分束器一的上光出射口与第1个大循环结构连接，第一分束器一的下光出射口与单光子检测器光入射口一连接。第1个大循环结构的光入射口与第一分束器一的上光出射口连接，第i-1个大循环结构的光出射口与第i-1个分束调制结构的光入射口连接，第i-1个分束调制结构的光出射口与第i个大循环结构的光入射口连接，i＝2，…，n-1，第n个大循环结构的光出射口与单光子检测器光入射口二连接。