[发明专利]可多自由度并行复用的固态量子存储装置

权利要求书

1.一种多自由度并行复用的固态量子存储装置，其特征在于包括：

控制单元，用于产生泵浦控制光，还用于产生含多自由度信息的信号光子以进行初态制备；

固态量子存储单元，用于结合来自控制单元的泵浦控制光以及所述含多自由度信息的信号光子，以及存储结合后的所述信号光子；

光子信息分析单元，用于对固态量子存储单元存储的信号光子的多自由度信息做态变换以及态测量；

其中，所述多自由度信息包括以下两种以上：

频率、相位、时间-能量、偏振以及轨道角动量；

所述控制单元包括连续激光器、第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器、第四声光调制器以及第一空间光调制器，其中，

所述连续激光器，用于输出连续可调谐的激光；

所述第一声光调制器，用于产生存储器在一种频率模式f1下工作，所需求的泵浦控制光；

所述第二声光调制器，用于产生存储器在一种频率模式f2下工作，所需求的泵浦控制光；

所述第三声光调制器，用于产生存储器在一种频率模式f1下工作，所需求的待存储的信号光子；

所述第四声光调制器，用于产生存储器在一种频率模式f2下工作，所需求的待存储的信号光子；

所述第一空间光调制器，用于将所述声光调制器所产生的信号光子的空间模式转换为高维空间的量子态。

2.根据权利要求1所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述固态量子存储单元包括：稀土掺杂晶体、透镜组、低温腔和光快门组，其中，

所述稀土掺杂晶体，用于捕获单光子；

所述透镜组，用于聚焦泵浦控制光和/或信号光子；

所述低温腔，用于冷却所述稀土掺杂晶体，提高相干寿命及能级寿命；

所述光快门组，用于将泵浦控制光与信号光子在时间上分离，提高存储器工作的信噪比。

3.根据权利要求1所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述光子信息分析单元包括：高速光开关组、第二空间光调制器、单光子滤波装置、及单光子探测装置；其中，

所述高速光开关组，用于将泵浦控制光与信号光子在时间上分离，以提高存储器工作的信噪比；

所述第二空间光调制器，用于对固态量子存储单元读取出的信号光子的轨道角动量量子态转换为高斯模式；

所述单光子滤波装置，用于在频率及空间自由度上，提取信号光子携带的信息，并滤波抑制噪声；

所述单光子探测装置，用于探测经单光子滤波装置滤波后的光子并提取信号光子携带的时间信息。

4.根据权利要求3所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述单光子滤波装置包括基于晶体自身的频域滤波器，还包括反射镜使光子双次通过该频域滤波器，以提升信噪比。

5.根据权利要求2所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述稀土掺杂晶体是具有按需式存储功能的稀土掺杂晶体。

6.根据权利要求1所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述连续激光器为倍频半导体激光器，包括含多个中心频率的原子频率梳。

7.根据权利要求3所述的固态量子存储装置，其特征在于，所述高速光开关组是基于级联声光调制器的高速光开关。