纠缠态光子的存储装置、纠缠状态检测装置及方法与流程

本发明涉及纠缠态光子的检测，具体地指一种纠缠态光子的存储装置、纠缠状态检测装置及方法。

背景技术：

目前，在纠缠态光子的检测中，如何不破坏纠缠态光子的纠缠状态信息，同时又方便地检测，是纠缠态光子应用于量子信息技术领域的最大障碍。纠缠态光子之间的纠缠信息应用于目标探测，但由于其初始状态不能事先进行测量，从而不能通过直接测量本地纠缠粒子状态的方法，获得目标信息，即用于探测目标的纠缠态粒子的状态的改变，不能通过直接测量本地纠缠粒子状态的变化而确知。

技术实现要素：

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种纠缠态光子的存储装置、纠缠状态检测装置及方法，能够不用测量(接收)回波而获得目标信息并且成像，从而将其应用于量子雷达中。

实现本发明采用的技术方案是一种纠缠态光子存储装置，该装置包括矩形环状光纤，所述矩形环状光纤向环外伸出一段作为光子输入端，光子以临界角度从光子输入端入射到环后，以全反射方式在环内循环运动，实现对纠缠态光子的存储。

在上述技术方案中，所述光子输入端位于所述矩形环状光纤的直角处。

本发明还提供一种纠缠态光子的纠缠状态检测装置，该检测装置包括内层光纤和外层光纤，外层光纤包裹在所述内层光纤外；

所述内层光纤向环外伸出一段作为光子输入端，所述外层光纤向环外伸出一段作为光子输出端，光子输出端设有单光子检测器；

纠缠态双光子信号中的本地光子以临界角度从光子输入端入射到内层光纤中后，以全反射方式在内层光纤中循环运动；纠缠态双光子信号中的探测光子遇到目标发生状态改变，引起本地光子的状态改变，本地光子状态的改变使本地光子从内层光纤溢出至外层光纤，最后从光子输出端输出后被单光子检测器检测，从而确定目标。

在上述技术方案中，所述内层光纤的光子输入端位于矩形的直角处；所述外层光纤的光子输出端位于矩形的直角处，外层光纤包裹在所述内层光纤外也形成矩形环状。

此外，本发明还提供一种通过上述检测装置实现纠缠态光子的纠缠状态检测方法，该方法包括：

纠缠态双光子信号中的本地光子以临界角度从光子输入端入射到内层光纤中，本地光子以全反射方式在内层光纤中循环运动；

纠缠态双光子信号中的探测光子遇到目标发生状态改变，引起本地光子的状态改变，本地光子运状态的改变从而从内存光纤溢出至外层光纤，最后从光子输出端输出后被单光子检测器检测，从而确定目标。

本发明具有以下优点：

一、纠缠态光子存储在光纤自环(矩形环状光纤)中，测量纠缠态光子之间的纠缠状态变化不需要确定其初始状态，从而可做到不干扰测量；

二、本发明提供了一种纠缠态光子存储方法；

三、本发明提供了一种量子纠缠信息存储方法；

四、本发明提供了一种辨识纠缠态光子状态变化的方法；

五、本发明用于量子雷达，可实现不测量回波的量子雷达。

附图说明

图1为本发明纠缠态光子的存储装置的结构示意图。

图2为本发明纠缠态光子的存储装置的工作原理示意图。

图3为纠缠态光子的纠缠状态检测过程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明纠缠态光子存储装置包括矩形环状光纤，所述矩形环状光纤向环外伸出一段作为光子输入端，光子输入端位于所述矩形环状光纤的直角处。光子以临界角度从光子输入端入射到环后，以全反射方式在环内循环运动，实现对纠缠态光子的存储。

本发明纠缠态光子的纠缠状态检测装置的结构基于上述的纠缠态光子存储装置，如图1所示，包括内层光纤和外层光纤，外层光纤包裹在所述内层光纤外，内层光纤向环外伸出一段作为光子输入端，光子输入端位于矩形的直角处，外层光纤向环外伸出一段作为光子输出端，光子输出端位于矩形的直角处，光子输出端设有单光子检测器。由于矩形环在其角部具有几何曲率突变，因此，对于大于光纤全反射临界角的光子可以溢出至外层光纤中。

本实施例所用激光光源要求强相干性，例如采用红外光(1.5μm或0.85μm等)。

所用epr源用于将双光子或多光子信号转变为双光子纠缠或多光子纠缠信号，将此纠缠光子信号之一沿临界入射角入射光纤自环；将另一纠缠态光子进行调制，改变其状态，从而影响光纤自环内的纠缠态光子状态。

纠缠态光子的存储装置的工作原理如图2所示，内层光纤和外层光纤由光纤形成一个封闭环，其性能完全由输入端口和输出端口决定。光子从光纤自环输入端口沿光纤临界入射角度输入后，由于满足几何设计条件，光子在环中进行循环运动；当环中纠缠态光子受到环外部纠缠态光子的感应而引起其状态变化时，则其将溢出至光纤自环外层光纤上，然后在输出端口输出至单光子检测器。

本实施例所用单光子检测器不限于某一特殊性质的单光子检测器。要求效率要高(80％以上)，暗计数要低(10^-3/秒以下)，最高计数率要高(2g/s以上)。

如图3所示，使用上述本发明光纤自环包括以下步骤：

s100、epr源产生纠缠双光子对；

s200、纠缠双光子对之一以光纤临界入射角输入光纤自环(即纠缠态光子的存储装置)中；

s300、光纤自环外的另一纠缠光子进行已知的状态改变；

s400、单光子检测器检测光纤自环溢出光子信号；

本发明的创新是将纠缠态光子存储于光纤自环中，并且可直接测量纠缠光子之间的纠缠信息。本发明用于对目标的探测，可实现不测回波的量子雷达。本发明也是未来存储量子信息的一种方法。

技术特征：

技术总结
本发明涉及纠缠态光子的存储装置、纠缠状态检测装置及方法，该装置包括环状光纤，所述环状光纤向环外伸出一段作为光子输入端，光子以临界角度从光子输入端入射到内层光纤中后，以全反射方式在内层光纤中循环运动，实现对纠缠态光子的存储。纠缠态双光子信号中的本地光子以临界角度从光子输入端入射到内层光纤中，本地光子以全反射方式在内层光纤中循环运动；纠缠态双光子信号中的探测光子遇到目标发生状态改变，引起本地光子的状态改变，本地光子运状态的改变从而从内存光纤溢出至外层光纤，最后从光子输出端输出后被单光子检测器检测，从而确定目标。

技术研发人员：谭宏
受保护的技术使用者：谭梓昂
技术研发日：2017.11.09
技术公布日：2018.04.03