[发明专利]一种片上双周期极化铌酸锂的量子纠缠源

说明书

本申请适用于量子技术领域，涉及一种片上双周期极化铌酸锂的量子纠缠源。该量子纠缠源包括PPLN波导和片上分束器构成的波导装置，以及光纤固定器、第一模式微纳光纤、第二模式微纳光纤和光纤偏振合束器构成的纠缠装置，片上分束器的输入端用于连接泵浦光源，片上分束器将光子射入PPLN波导形成两路SPDC光路，两个微纳光纤末端的模式相差90°，且均使用光纤固定器固定，使得两路光纤的长度相同，两个微纳光纤的输入端分别对接两路PPLN波导输出端，两个微纳光纤的输出端分别连接光纤偏振合束器的两个输入端，光纤偏振合束器用于将两路光波导聚合后形成干涉并输出，相较于传统自由空间纠缠形式而言采用光纤易于实现纠缠，且能够降低整个光路的占用空间。

技术领域

本申请适用于量子光学和量子信息技术领域，尤其涉及一种片上双周期极化铌酸锂的量子纠缠源。

背景技术

通信安全是国家信息经济安全和人民社会生活的保障。量子通信基于量子力学，是原理上信息论可证的无条件安全的通信方式，具有传统通信方式不具备的绝对安全性，在国家信息安全、军事安全、金融安全等安全领域有着巨大的应用前景。量子通信中信道传输衰减是单链路的平方，在最终码率的提高方面存在一些制约，而提高纠缠源亮度是提高最终码率最直接的手段之一。

传统的纠缠源是利用周期极化二阶非线性晶体的自发参量下转换(SpontaneousParametric Down-Conversion，SPDC)来产生量子纠缠，但产率低，体积大，控温电路体积大、设计复杂导致的控温难度大，集成化低等缺点；相比于体块量子光学，量子集成光学具有体积小、稳定性高、操控性强、可重构等特点。铌酸锂作为最重要的非线性光学材料之一，被广泛用于量子光源的制备和量子态的高速调控。随着微加工技术的引入，铌酸锂已经成为量子集成光学的重要平台，能够实现多种自由度编码的单片集成的纠缠光源，周期性极化铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)波导是解决量子信息领域纠缠源难题的最佳选择。

现有的量子纠缠源需要使用镜片等构成光路，形成的装置体积较大，不便于使用，且使用镜片进行量子纠缠的效果较差，对镜片的参数要求和装置密封要求均较高，不易于实现。因此，如何降低体积较小且量子纠缠效果较佳的纠缠源的实现难度成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种片上双周期极化铌酸锂的量子纠缠源，以解决如何降低体积较小且量子纠缠效果较佳的纠缠源的实现难度的问题。

本申请提供一种片上双周期极化铌酸锂的量子纠缠源，所述量子纠缠源包括泵浦光源、波导装置和纠缠装置；

所述波导装置包括PPLN波导和片上分束器，所述片上分束器的输入端连接所述泵浦光源，所述片上分束器将所述泵浦光源分成两路光进入所述PPLN波导，在所述PPLN波导中形成两路SPDC光路；

所述纠缠装置包括光纤固定器、第一模式微纳光纤、第二模式微纳光纤和光纤偏振合束器，所述第一模式微纳光纤和所述第二模式微纳光纤末端的模式相差90°，所述第一模式微纳光纤与所述第二模式微纳光纤均使用所述光纤固定器固定，使得两路光纤的长度相同；

所述第一模式微纳光纤的输出端对接从所述PPLN波导中输出一路SPDC光路，所述第二模式微纳光纤的输入端对接从所述PPLN波导中输出的另一路SPDC光路，所述第一模式微纳光纤的输出端和所述第二模式微纳光纤的输出端分别连接所述光纤偏振合束器的两个输入端，所述光纤偏振合束器用于将两路SPDC光路聚合后形成干涉并输出。

在一实施方式中，所述光纤固定器为光纤阵列，所述光纤阵列包括N个平行且长度相同的光纤固定槽，所有光纤固定槽间等间隔设置，两路SPDC光路在所述PPLN波导中的间隔为相邻两个光纤固定槽的间隔距离的整数倍，所述光纤固定槽用于固定所述第一模式微纳光纤和所述第二模式微纳光纤，N为大于1的整数。

在一实施方式中，所述第一模式微纳光纤和所述第二模式微纳光纤均为保偏光纤。