[发明专利]一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置

说明书

一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置及方法，涉及一种光子轨道角动量本征态纠缠的产生技术，为了拓宽量子纠缠的应用范围。激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。本发明适用于制备高维量子态纠缠光子对。

技术领域

本发明涉及一种光子轨道角动量本征态纠缠的产生技术。

背景技术

量子纠缠是微观领域一种典型的非经典效应，在量子信息学领域具有重要的应用价值。例如基于量子纠缠的量子通信技术被誉为绝对安全无法被窃听的通信技术。目前较为成熟的量子纠缠产生方案为以光学手段制备光子两个正交偏振态的纠缠。这种二维量子态的纠缠只适用于二进制编码信息学。如果可以制备产生高维量子态的纠缠将极大的拓宽量子纠缠的应用范围。

发明内容

本发明的目的是为了拓宽量子纠缠的应用范围，从而提供一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置及方法。

本发明所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，包括激光器、BBO晶体、第一轨道角动量调制系统和第二轨道角动量调制系统；

激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。

优选的是，所述第一轨道角动量调制系统包括第一偏振分光棱镜、第一反射镜，第一空间光调制器、第二空间光调制器、第二反射镜、第二偏振分光棱镜和第一偏振片；

所述一个光子入射至第一偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为竖直方向，则第一偏振分光棱镜将该光子反射至第一空间光调制器，经第一空间光调制器透射的光子入射至第二反射镜，第二反射镜将光子反射至第二偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为水平方向，则第一偏振分光棱镜将该光子透射至第二空间光调制器，经第二空间光调制器透射的光子入射第二偏振分光棱镜；第二偏振分光棱镜将入射的偏振方向为竖直方向的光和偏振方向为水平方向的光进行合束，并透射至第一偏振片。

优选的是，所述第二轨道角动量调制系统包括第三偏振分光棱镜、第三反射镜、第三空间光调制器、第四空间光调制器、第四反射镜、第四偏振分光棱镜和第二偏振片；

所述另一个光子入射至第三偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为竖直方向，则第三偏振分光棱镜将该光子反射至第三空间光调制器，经第三空间光调制器透射的光子入射至第四反射镜，第四反射镜将光子反射至第四偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为水平方向，则第三偏振分光棱镜将该光子透射至第四空间光调制器，经第四空间光调制器透射的光子入射第四偏振分光棱镜；第四偏振分光棱镜将入射的偏振方向为竖直方向的光和偏振方向为水平方向的光进行合束，并透射至第二偏振片。

优选的是，第一空间光调制器与第三空间光调制器所加载的调制图案相同，第二空间光调制器与第四空间光调制器所加载的调制图案相同，且异于第一空间光调制器与第三空间光调制器所加载的调制图案。

优选的是，第一偏振片和第二偏振片的透振方向相同，均为对角线方向。

本发明的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，产生偏振态纠缠光子对；

步骤二、BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统；BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。