過調(diào)相器時該調(diào)相器的調(diào)相 電壓相同。然后，量子比特的本征態(tài)后時間窗態(tài)|L>類似地先經(jīng)過調(diào)相器，被法拉第旋轉(zhuǎn)反 射鏡旋轉(zhuǎn)反射旋轉(zhuǎn)，并再次通過調(diào)相器，該本征態(tài)兩次經(jīng)過調(diào)相器時該調(diào)相器的調(diào)相電壓 相同。量子比特的兩個本征態(tài)前時間窗態(tài)I S>和后時間窗態(tài)| L>在不同時間段經(jīng)過調(diào)相器， 并分別被施加不同的相位。
[0042] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0043] 實施例1:
[0044] 如圖1所不，實施例1中，光子1 a和光子1 b處于任一偏振糾纏的貝爾態(tài)，如
|其中Η和V為光子的兩個偏振本征態(tài)，分別表不 水平和豎直偏振。
[0045] 實施例1中，光子的傳播通道為自由空間。
[0046] 實施例1中，光子la進入一個Sagnac環(huán)，該環(huán)包含:偏振分束器2、反射鏡3、調(diào)相器 4、反射鏡5、二分之一波片6;光子lb則直接傳輸（圖1中所不為光子la進入Sagnac環(huán)，光子lb 直接傳輸，同樣的操作也可以是光子la直接傳輸，光子lb進入Sagnac環(huán)）。
[0047] 實施例1中，光子la的空間坐標系與偏振分束器2-致，該光子的水平和豎直偏振 分別被偏振分束器2透射和反射，被透射的偏振在Sagnac環(huán)內(nèi)沿著順時針方向傳播，而被反 射的偏振在Sagnac環(huán)內(nèi)沿著逆時針方向傳播。
[0048] 實施例1中，順時針方向傳播的水平偏振先通過二分之一波片6被轉(zhuǎn)為豎直偏振， 然后被反射鏡5反射至調(diào)相器4,接著被反射鏡3反射，最后被偏振分束器2反射。
[0049] 實施例1中，逆時針方向傳播的豎直偏振被反射鏡3反射至調(diào)相器4，接著被反射鏡 5反射，而后被二分之一波片6轉(zhuǎn)為水平偏振，最后被偏振分束器2透射。
[0050] 實施例1中，光子la在偏振分束器2-端出射，出射端與入射端相同，且出射方向與 入射方向的傳輸方向相反。
[0051] 實施例1中，調(diào)相器4為電光調(diào)相器，該調(diào)相器在Sagnac環(huán)內(nèi)被非對稱放置，以致 Sagnac環(huán)內(nèi)順逆時針方向傳播的偏振態(tài)會在不同時刻經(jīng)過調(diào)相器，并分別被施加不同的相 位。
[0052] 實施例1中，調(diào)相器4順逆時針方向的輸入偏振均對應(yīng)該調(diào)相器的同一本征態(tài)，所 以其順逆時針方向的輸出偏振均不會隨調(diào)相電壓的改變而改變，并可避免該調(diào)相器引起的 偏振相關(guān)損耗和雙折射。
[0053] 實施例2:
[0054] 如圖2所不，實施例：2中，光子7a和光子7b處于任一偏振糾纏的貝爾態(tài)，如
_其中Η和V為光子的兩個偏振本征態(tài)，且分別表 示水平和豎直偏振。
[0055]實施例2中，光子的傳播通道為光纖。
[0056] 實施例2中，光子7a射入一個Sagnac環(huán)，該環(huán)包含:偏振分束器8、90°法拉第旋轉(zhuǎn)片 9, 光纖延遲線10、調(diào)相器11，優(yōu)選地該Sagnac環(huán)內(nèi)器件均用保偏光纖連接;光子7b則直接傳 輸（圖2中所不為光子7a進入Sagnac環(huán)，光子7b直接傳輸，同樣的操作也可以是光子7a直接 傳輸，光子7b進入Sagnac環(huán)）。
[0057] 實施例2中，光子7a的空間坐標系與偏振分束器8-致，該光子的水平和豎直偏振 經(jīng)過偏振分束器8時分別被透射和反射。被透射的水平偏振在Sagnac環(huán)內(nèi)沿著順時針方向 傳播，被反射的豎直偏振在Sagnac環(huán)內(nèi)沿著逆時針方向傳播。
[0058]實施例2中，順時針方向傳播的水平偏振依次通過調(diào)相器11、光纖延遲線10、90°法 拉第旋轉(zhuǎn)片9、爾后被偏振分束器8反射。
[0059]實施例2中，逆時針方向傳播的豎直偏振依次通過90°法拉第旋轉(zhuǎn)片9、光纖延遲線 10、 調(diào)相器11，而后被偏振分束器8透射。
[0000]實施例2中，光子7a在偏振分束器8-端出射，出射端與入射端相同，且出射方向與 入射方向的傳輸方向相反。
[0061] 實施例2中，調(diào)相器11為電光調(diào)相器。
[0062] 實施例2中，由于光纖延遲線10的存在，Sagnac環(huán)內(nèi)順逆時針方向傳播的偏振會在 不同時刻經(jīng)過調(diào)相器11，并分別被施加不同的相位。
[0063] 實施例2中，調(diào)相器11順逆時針方向的輸入偏振均對應(yīng)該調(diào)相器的同一個本征態(tài)， 所以其順逆時針方向的輸出偏振均不會隨調(diào)相電壓的改變而改變，并可避免該調(diào)相器引起 的偏振相關(guān)損耗和雙折射。
[0064] 實施例3:
[0065] 如圖3所不，實施例3中，光子12a和光子12b處于任一time-bin糾纏的貝爾態(tài)，如
，其中S和L為光子的兩個時間窗本征態(tài)，且分 別表不前時間窗態(tài)和后時間窗態(tài)。
[0066] 實施例3中，光子的傳播通道為光纖。
[0067] 實施例3中，調(diào)相器13為雙偏振電光調(diào)相器，法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡為45°旋轉(zhuǎn)反射鏡。
[0068] 實施例3中，光子12a的本征態(tài)S先經(jīng)過調(diào)相器13,爾后被法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14反射 并再次通過調(diào)相器13,該本征態(tài)S兩次經(jīng)過調(diào)相器13時該調(diào)相器的調(diào)相電壓相同。法拉第旋 轉(zhuǎn)反射鏡14保證了調(diào)相是偏振無關(guān)的。
[0069] 實施例3中，光子12a的本征態(tài)S第二次經(jīng)過調(diào)相器13后，接著光子12a的本征態(tài)L第 一次經(jīng)過調(diào)相器14,爾后被法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14反射并再次通過調(diào)相器13,該本征態(tài)L兩次 經(jīng)過調(diào)相器13時該調(diào)相器的調(diào)相電壓相同。法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14保證了調(diào)相是偏振無關(guān) 的。
[0070] 實施例3中，光子12a的兩個本征態(tài)先后兩次經(jīng)過調(diào)相器和法拉旋轉(zhuǎn)反射鏡，而光 子12b的兩個本征態(tài)則直接傳輸（圖2中所示為光子12a的兩個本征態(tài)先后兩次經(jīng)過調(diào)相器 和法拉旋轉(zhuǎn)反射鏡，光子12b的兩個本征態(tài)則直接傳輸，同樣的操作也可以是光子12a的兩 個本征態(tài)直接傳輸，光子12b的兩個本征態(tài)先后兩次經(jīng)過調(diào)相器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡）。 [0071 ]實施例3中，光子12a的出射方向與入射方向的傳輸方向相反。
[0072]檢測結(jié)果與分析：
[0073]對于上述實施例1中的光子la和實施例2中的光子7a，它們的兩個偏振本征態(tài)均在 不同時刻經(jīng)過調(diào)相器并被施加不同的相位，如圖4所示。
[0074] 又如圖5所示，對于上述實施例3中的光子12a，其本征態(tài)S分別在t3和t4時刻通過 調(diào)相器，兩次通過調(diào)相器時調(diào)相電壓相同，而其本征態(tài)L分別在t5和t6時刻通過調(diào)相器，兩 次通過調(diào)相器時調(diào)相電壓相同。時間差t4 -t3 = t6-t5，而t5-t3或者t6-t4為時間窗S和L的 時間差。假設(shè)上述糾纏光子的兩個本征態(tài)分別被調(diào)相器引入相位Φ?和<P2 a
[0075] 貝陏:實施例1和2實現(xiàn)的局域操作均為1 例3實現(xiàn)的局域操作為δ:

為整數(shù))時，心類似于組合操作或者H S3類似于操作δζ
。由于φ、1和Φ2的取值理論 上來說是無限的，那么實現(xiàn)上述這些貝爾態(tài)轉(zhuǎn)換的等效操作將會非常多，隨機執(zhí)行其中一 些操作可以保證某些量子通信的安全性[Han，Yun_Guang，et al."Security of modified Ping-Pong protocol in noisy and lossy channel，〃Scientific reports 4,4936 (2014).]。另外，實施例1和2中，Sagnac結(jié)構(gòu)保證了可靠性、穩(wěn)定性和緊湊性。且在實施例2 中，90°法拉第旋轉(zhuǎn)片結(jié)合Sagnac環(huán)，可有效抑制光纖中往返傳輸所導(dǎo)致的所有雙折射效應(yīng) 和偏振相關(guān)損耗。而實施例3的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡也可達到同樣的效果，并且其調(diào)相是偏振 無關(guān)的。
[0076] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換方法包括： 使處在貝爾態(tài)的兩個量子比特的任意一個量子比特的兩個本征態(tài)在不同的時刻經(jīng)過 調(diào)相而被施加不同的相位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述貝爾態(tài)為處在偏振糾纏 的貝爾態(tài)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述貝爾態(tài)為處在時間窗糾 纏的貝爾態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，使所述兩個量子比特的任意 一個量子比特通過含調(diào)相器的Sagnac環(huán)，所述調(diào)相器在Sagnac環(huán)內(nèi)被非對稱放置。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，使所述兩個量子比特的任意 一個量子比特通過調(diào)相器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡。6. -種貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換方法包括： 使處在貝爾態(tài)的兩個量子比特的其中一個量子比特的兩個本征態(tài)在不同的時刻經(jīng)過 第一調(diào)相而被施加不同的相位，同時使另一個量子比特的兩個本征態(tài)在不同的時刻經(jīng)過第 二調(diào)相而被施加不同的相位。7. -種貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括： 含調(diào)相器的轉(zhuǎn)換裝置，使處在貝爾態(tài)的兩個量子比特的任意一個量子比特通過該裝置 后，兩個本征態(tài)在不同的時刻經(jīng)過調(diào)相而被施加不同的相位。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述含調(diào)相器的轉(zhuǎn)換裝置包 括含調(diào)相器的Sagnac環(huán)，所述調(diào)相器在Sagnac環(huán)內(nèi)被非對稱放置。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述含調(diào)相器的轉(zhuǎn)換裝置包 括調(diào)相器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡。10. 權(quán)利要求1-6任意一種轉(zhuǎn)換方法在量子精密測量、量子計算或量子通信中的應(yīng)用。
【專利摘要】一種貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，包括：使處在貝爾態(tài)的兩個量子比特的任意一個量子比特的兩個本征態(tài)在不同的時刻經(jīng)過調(diào)相而被施加不同的相位。以及一種貝爾態(tài)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和上述轉(zhuǎn)換方法在量子領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明通過在不同時刻對量子比特的兩個本征態(tài)施加相應(yīng)相位的設(shè)計，使得實現(xiàn)貝爾態(tài)轉(zhuǎn)換的局域操作靈活多變，可增強某些量子通信(如確定性量子密鑰分配)的安全性，另外，該設(shè)計可以方便地集成多種貝爾態(tài)的局域操作。
【IPC分類】H04B10/556, H04B10/532, H04B10/70
【公開號】CN105680955
【申請?zhí)枴緾N201610084015
【發(fā)明人】王雙, 陳華, 陳巍, 銀振強, 周政, 韓正甫, 郭光燦
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月4日