[发明专利]一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置

说明书

本发明属于连续变量非经典光场产生设备技术领域，具体涉及一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置，包括单频激光器、电光相位调制器、第一简并光学参量放大器、第二简并光学参量放大器、第一腔长和相位锁定系统、第二腔长和相位锁定系统、两束压缩光相位锁定系统和纠缠光探测系统；所述的电光相位调制器中的电光晶体为楔形电光晶体，利用楔形的电光晶体作为相位调制晶体，减小了相位调制过程中引入的剩余幅度调制，提高了腔长和相位锁定的稳定性和准确性，解决了现有纠缠源稳定性差的问题，具有稳定可靠、结构简单、实用性强等优点。

技术领域

本发明属于连续变量非经典光场产生设备技术领域，具体涉及一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置。

背景技术

纠缠态光场是量子光学中重要的非经典光场之一，纠缠态光场的两个子系统之间具有较强的量子非局域关联，如果对其中一个子系统进行测量，必然会影响另一个子系统的测量结果。在过去的几十年里，纠缠态光场已经成为量子信息科学领域中的重要资源，在量子通信方面，利用纠缠态光场可以完成量子离物传态、量子密钥分发、量子纠缠交换、量子密集编码等通信协议，使量子通信在信息传输的高效性和安全性等方面达到经典通信无法比拟的效果；在量子计算方面，利用纠缠态光场可以实现快速的量子并行计算，极大的提高了运算速度，具有经典计算无法替代的优势。作为量子信息的核心资源，纠缠态光场的纠缠度和长期稳定性是衡量其性能的关键指标，制备稳定高效的纠缠态光源是实现量子信息的关键和难点。

制备连续变量纠缠态光场的方法主要有两种：一种是利用Ⅱ类非临界相位匹配的非线性晶体，通过非简并光学参量放大器(Nondegenerate optical parametricamplification，NOPA)直接产生纠缠态光场；另一种是利用Ⅰ类非临界相位匹配的非线性晶体，首先通过两个相同的简并光学参量放大器(Degenerate optical parametricamplification，DOPA)产生两束单模压缩态光场，然后将两束单模压缩态光场在50/50光学分束器上进行相干耦合，锁定其相对相位为π/2后，获得纠缠态光场。由于Ⅰ类晶体的非线性系数高于Ⅱ类晶体，利用第二种方法获得的纠缠度较高，我们选择第二种方法制备纠缠态光场。

在连续变量纠缠态光场的制备系统中，需要对多路光学腔长和相对相位进行锁定，其中至少包括：两个DOPA腔光学腔长的锁定和五处光束之间相对相位的锁定，五处相对相位的锁定分别为：两个DOPA腔的参量放大状态或参量反放大状态的锁定(信号光与泵浦光的0或π位相的锁定)；两束单模压缩光相对相位的锁定(π/2位相的锁定)；两套平衡零拍探测系统(Balanced homodyne detection，BHD)相对相位的锁定，当测量待测光场的正交振幅分量时需锁定待测光场与本底光为0位相，当测量待测光场的正交位相分量时需锁定待测光场与本底光为π/2位相。光学腔长和相对相位锁定系统的性能是获得高性能纠缠态光场的关键技术。

然而，在基于电光相位调制的PDH(Pound-Drever-Hall)锁定系统中，电光相位调制器(electro-optical modulator，EOM)不可避免的会引入剩余幅度调制(residualamplitude modulation，RAM)，引起RAM的原因主要是电光晶体的自然双折射效应，当入射光的偏振方向偏离晶体的主轴方向时，由于晶体的双折射效应，会使入射光分解成两个偏振分量o光和e光在晶体内分别进行调制，产生的两个偏振方向的调制光之间存在一定的相位差，并且此相位差会随环境温度的变化而变化，EOM下游的偏振元件会使这两个偏振光束发生干涉，从而引起RAM。另外，晶体的两个平行端面形成的标准具效应，会使两个调制边带的幅度不相等，同样会引起RAM。RAM的存在会使锁腔和锁相的PDH误差信号的零基线随时间漂移，导致腔长和相位的锁定点偏离最佳工作点，严重影响纠缠态光场的纠缠度和长期稳定性。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：