基于参量下转换的量子纠缠光源仿真模型

发布时间：2021-08-22 04:19

　　量子纠缠是量子信息研究的核心资源,是量子密码、量子隐形传态和线性光学量子计算等研究方向的基础。科研级量子纠缠源存在代价昂贵、对环境要求较为苛刻和量子光信号无法可视化等问题,严重限制了其在教学场景下的普及。针对上述问题,选取典型的I型偏硼酸钡（BBO）量子纠缠光源,对其实际器件和纠缠光源进行了建模,并利用量子态演化理论,给出了符合计数与实验系统关键器件之间的函数关系。该模型与实验数据保持了较好的一致性。这一方法和思路可推广到其他量子纠缠光源（如基于II型相位匹配晶体的量子纠缠光源）的仿真,可用于教学和科学实验装置的设计。 

【文章来源】：无线电通信技术. 2020,46(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

I型参量下转换产生纠缠光子示意图

完整的I型BBO量子纠缠源装置如图2所示。实验装置采用405 nm波长的激光器输出连续激光。经过偏振分束器PBS后,垂直偏振光V经过半波片(Half-Wave Plate,HWP)对偏振进行旋转至偏振45°。405 nm激光经过透镜Lens聚焦于图1所示结构的BBO晶体上,发生参量下转换过程后,产生810 nm纠缠光子对,两束纠缠光束夹角为3°。利用反射镜改变光路,使光束夹角变为180°后,用单模光纤分别对其进行收集并输入单光子探测器(Single Photon Detector,SPD)。SPD产生的电信号进入符合计数仪,符合计数仪可以给出两个单光子探测器在1 ns内同时接收到光子的符合计数值(由于参量下转换过程中两个光子同时产生,一般利用这个特点,使用符合计数仪来滤除噪声)。单模光纤准直器前放置滤波片用于滤除杂散光和噪声光,并加入偏振片、HWP和四分之一波片(Quarter-wave Plate,QWP)组成测量装置,可用于测量干涉可见度、纠缠源保真度及Bell不等式测试[16-20]实验。其中,BBO为β-BaB2O4晶体,OC为光纤准直器。

此外,还测量了纠缠光子对的干涉曲线,即保持测量光路中QWP1,QWP2,HWP3的角度为0,旋转HWP4的快轴角度θ。实验数据和模拟仿真数据如图3所示,纵坐标为每秒符合计数,实验数据均取10 s平均值。由图3可以看出,虚拟仿真模型给出的数据更接近理论模型的三角函数曲线,真实实验数据由于有更多的噪声和误差,会比虚拟仿真实验数据有更低的干涉可见度。这可以通过调节虚拟仿真模型中的高斯噪声函数来调整,进一步逼近真实实验数据。但是由于真实实验数据会随实验室环境(温湿度、实验台面抖动)和实验装置调节状态等诸多不可控因素影响,每次测量的结果也无法完全一致,因此虚拟仿真模型只能逼近,而无法与实验数据完全一致。


本文编号：3356988