[实用新型]四组份束缚纠缠源的纠缠增强装置

说明书

本实用新型公开了四组份束缚纠缠源的纠缠增强装置，该装置包括连续变量双波长内腔倍频稳频激光器、第一模式清洁器、第二模式清洁器、相干反馈控制系统、干涉系统和四套平衡零拍探测系统；所述的激光源是连续变量双波长内腔倍频激光器，输出波长为λ₀和波长为λ₀/2的低噪声激光光场；非简并光学参量放大器和反馈控制光学谐振腔构成了相干反馈控制系统；非简并光学参量放大器采用三共振驻波腔的结构，干涉系统由两套振幅调制器、位相调制器和两个光学分束片组成。本实用新型利用相干反馈的方法操控四组份束缚纠缠态光场，提高了多组份束缚纠缠源的质量，可以用于量子保密通信、量子计算以及量子网络中。

技术领域

本实用新型四组份束缚纠缠源的纠缠增强装置，属于连续变量非经典光场的产生装置技术领域。

背景技术

近年来，量子信息及量子计算领域的研究发展迅猛，展现出广阔的应用前景。连续变量纠缠态光场具有决定性和探测效率高的特点，在量子信息研究中起着重要的作用。连续变量纠缠态光场是实现连续变量量子信息研究的基本量子资源。随着量子网络及量子计算的发展，人们需要更多组份纠缠态光场来完成更复杂的量子信息网络研究。常见的多组份纠缠态包括Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态、Cluster态、束缚纠缠态等多种形式。在制备纠缠态的过程中，由于实验系统中存在一些不可避免的损耗导致的退相干作用，使得纠缠态容易退化为混合态，束缚纠缠态光场是介于量子可分态和量子不可分态之间的一种特殊纠缠态光场，并且它的振幅分量信息和位相分量信息是完全对称的，在量子信息系统中有着重要的作用。如果能够进一步提高纠缠源的质量，增强其纠缠度，可以进一步改善量子离物传态的保真度，量子信息的传输速率与效率等等。所以增强束缚纠缠态光场的纠缠度是十分必要的。

目前多组份的束缚纠缠态光场已经被制备出来，2012年，Jia Xiaojun等人在PHYSICAL REVIEW LETTERS上发表了“Superactivation of Multipartite UnlockableBound Entanglement”的论文，该文章将两组份纠缠态光场的两个子模分别和两束加载有高斯噪声的热光场在1：1的分束器上耦合，得到了四组份的束缚纠缠态光场。

在上述文章中，最终获得的四组份束缚纠缠态光场的纠缠度为5.2dB，是因为用于制备两组份纠缠态光场的光学参量放大器为单个双共振的驻波腔结构，由于受到光学元器件自身性能不完美以及泵浦功率阈值较高的限制，仅输出了纠缠度为5.5dB的两组份纠缠态光场。其次，该文章仅仅考虑制备束缚纠缠态光场，而没有设计如何增强束缚纠缠态光场的纠缠度。

在现有的技术中，利用双共振的光学参量放大器能有效地获得两组份纠缠态光场，比如，澳大利亚的实验小组采用双共振的结构获得了两组份纠缠态光场，但是所需要的泵浦光功率阈值比较高，获得光场的纠缠度没有太大的提高。为了降低光学谐振腔的阈值，国内的实验小组在腔内加入了光楔等元件，但是因为增加了光学元件的数量，使内腔损耗增加，最后制备出来的纠缠态光场的纠缠度没有被进一步提高。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了四组份束缚纠缠源的纠缠增强装置，该装置能够制备出更好的束缚纠缠源，可以优化量子信息系统，应用前景广阔。

本实用新型通过以下技术方案实现：

四组份束缚纠缠源的纠缠增强装置，包括连续变量双波长内腔倍频稳频激光器、第一模式清洁器、第二模式清洁器、相干反馈控制系统、干涉系统和四套平衡零拍探测系统；

所述的第一模式清洁器和第二模式清洁器并联位于所述的连续变量双波长内腔倍频稳频激光器的光路下游，所述的第一模式清洁器和第二模式清洁器的光路下游通往相干反馈控制系统；相干反馈控制系统的输出光场进入下游的干涉系统，干涉后得到四组份的束缚纠缠态光场进入下游的四套平衡零拍探测系统测量。