一种连续变量原子系综纠缠的产生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种连续变量原子系综纠缠的产生装置，它属于一种可应用于量子信 息网络的原子系综纠缠的产生装置。
【背景技术】
[0002] 量子纠缠不但是量子力学的重要内容之一，而且是量子信息传输和处理的重要资 源。随着量子信息网络的发展，由光和原子组成的量子信息网络是发展应用的关键。光由于 传输速度快，并且和周围环境作用弱的优点，被应用于量子信息的传输。原子可以和光有效 地进行相互作用，作为量子信息处理和存储的节点。原子系综是实现量子网络节点的有效 候选之一。因此，构建原子系综之间的纠缠是发展量子信息网络的关键，特别是可以实现任 意量子态在原子系综之间的传输。
[0003] 在2005年，美国加州理工大学的Kimble教授研究组利用自发拉曼散射过程制备了 分离变量的原子系综之间的纠缠，在Nature 438,828(2005)发表题为"Measurement-induced entanglement for excitation stored in remote atomic ensembles" 的论文。 在2008年，中国科学技术大学的潘建伟教授研究组利用自发拉曼散射过程制备了分离变量 的光和原子系综之间的纠缠，再通过纠缠交换建立了原子系综之间的纠缠，在Nature 454， 1098(2008)发表体题为"Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node"的论文。
[0004] 以上两个研究工作利用自发拉曼散射过程几率性地制备了分离变量的原子纠缠， 解决了原子系综纠缠制备的技术问题，但上述方法还存在着几率性制备的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决现有制备分离变量的原子系综的纠缠存在着几率性制备的 技术问题，提供一种结构紧凑、可靠性好的可以应用于量子信息网络的连续变量原子系综 纠缠的确定性产生装置。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:利用连续变量量子信息中光场 的正交分量和原子系综的集体自旋波，通过自发拉曼散射过程产生两套斯托克斯光和原子 系综自旋波的纠缠，然后通过量子纠缠交换，将两束斯托克斯光的干涉信号的反馈给第一 原子系综，确定性地制备第一原子系综和第二原子系综的纠缠，并且利用产生的反斯托克 斯光对原子系综纠缠进行测量、分析。
[0007] -种连续变量原子系综纠缠的产生装置，包括光源单元、光束耦合系统、两套原子 系综、纠缠测量系统和反馈单元;所述光束耦合系统由八个格兰汤姆森棱镜和一个光学分 束器组成;所述纠缠测量系统由四套平衡零拍探测系统、功率加减法器和可存储数字示波 器组成;所述的反馈单元为具有带通滤波特性的可变增益放大电路;所述的光源单元设有 两束栗浦光脉冲信号aup、aDP输出端、两束写光脉冲信号auw、aDW输出端、两束读光脉冲信号 auR、aDR输出端、四束本地振荡光信号auLi、aDLi、auL2、aDL2输出端和四束模拟光脉冲信号auL3、 aDL3、auL4、aDL4输出端;其中，第一束栗浦光脉冲信号aup输出端与第一原子系综第一输入端连 接;竖直偏振的第一束写光脉冲信号auw输出端和水平偏振的第一束模拟光脉冲信号auw输 出端分别连接第一格兰汤姆森棱镜的两个输入端，第一格兰汤姆森棱镜的输出端与第一原 子系综的第二输入端连接;竖直偏振的第一束读光脉冲信号auR输出端和水平偏振的第二束 模拟光脉冲信号a u L 3输出端分别连接第二格兰汤姆森棱镜的两个输入端，第二格兰汤姆森 棱镜的输出端与第一原子系综的第三输入端连接;第一套原子系综的第一、第二输出端分 别连接第三、第四格兰汤姆森棱镜的输入端;第二束栗浦光脉冲信号a DP输出端与第二原子 系综第一输入端连接;竖直偏振的第二束写光脉冲信号aDW输出端和水平偏振的第三束模拟 光脉冲信号aDL4输出端分别连接第五格兰汤姆森棱镜的两个输入端，第五格兰汤姆森棱镜 的输出端与第二原子系综的第二输入端连接;竖直偏振的第二束读光脉冲信号a dr输出端和 水平偏振的第四束模拟光脉冲信号a D L 3输出端分别连接第六格兰汤姆森棱镜的两个输入 端，第六格兰汤姆森棱镜的输出端与第二原子系综的第三输入端连接;第二套原子系综的 第一、第二输出端分别连接第七、第八光格兰汤姆森棱镜的输入端;第三、第七格兰汤姆森 棱镜的输出端与光学分束器的两个输入端连接，光学分束器的两个输出端分别和第一、第 二平衡零拍探测系统的第一输入端连接，第一、第二束本地振荡光信号auu、aDLi输出端分别 连接第一、第二平衡零拍探测系统的第二输入端，第一、第二平衡零拍探测系统的输出端通 过反馈单元与第一原子系综的射频线圈连接;第四、第八格兰汤姆森棱镜的输出端分别连 接第三、第四平衡零拍探测系统的第一输入端，第三、第四束本地振荡光信号a UL2、aDL2输出 端分别连接第三、第四平衡零拍探测系统的第二输入端，第三、第四平衡零拍探测系统的输 出端通过功率加减法器与可存储数字示波器连接。
[0008] 所述光源单元由可调谐激光器、单模1x7光纤耦合器、七套声光调制器和七套光学 分束器组成，可调谐激光器的输出端与单模1x7光纤耦合器的输入端连接，单模1x7光纤耦 合器的输出端与七套声光调制器的输入端连接，七套声光调制器的输出端与七套光学分束 器输入端连接;使七套声光调制器和七套光学分束器生成两束栗浦光脉冲信号aup、aDP、两 束写光脉冲信号auw、aDW、两束读光脉冲信号auR、aDR、四束本地振荡光信号auLi、aDLi、auL2、aDL2 和四束模拟光脉冲信号aUL3、aDL3、aUL4、aDL4。
[0009] 所述第一原子系综由立方原子气室、射频线圈、磁屏蔽系统和温控系统组成;磁屏 蔽系统由磁屏蔽纸和金属的磁屏蔽筒构成;所述立方原子气室充有原子气体和一定量的缓 冲惰性气体，在立方原子气室的通光面镀有激光相应波长的减反膜;立方原子气室放置于 射频线圈内；射频线圈的外层用磁屏蔽纸包裹，并且将其放置于金属的磁屏蔽筒内；在磁屏 蔽筒的外层采用加热带、保温材料和控温仪器组成的温控系统对铷原子加热并且精确控 温。
[0010] 所述第二原子系综由立方原子气室、磁屏蔽系统和温控系统组成；磁屏蔽系统由 磁屏蔽纸和金属的磁屏蔽筒构成;所述立方原子气室充有原子气体和一定量的缓冲惰性气 体，在立方原子气室的通光面镀有激光相应波长的减反膜;立方原子气室的外层用磁屏蔽 纸包裹，并且将其放置于金属的磁屏蔽筒内；在磁屏蔽筒的外层采用加热带、保温材料和控 温仪器组成的温控系统对铷原子加热并且精确控温。
[0011] 本发明采用了上述技术方案，利用光和原子相互作用的自发拉曼散射过程产生斯 托克斯光的正交分量和原子系综自旋波的纠缠以及利用量子纠缠交换，确定性的建立了原 子系综的纠缠。光和原子相互作用的自发拉曼散射过程产生反斯托克斯光，将原子系综自 旋波的量子态映射到反斯托克斯光的量子态，进而通过测量反斯托克斯光的正交分量的关 联噪声，验证两套原子系综自旋波的斯托克斯分量的纠缠。因此，与【背景技术】相比，本发明 具有结构紧凑、可靠性好、确定性制备和测量的优点。本发明具有以下有益效果：
[0012] 1、本发明所利用的光和原子相互作用的自发拉曼散射过程产生斯托克斯光的正 交分量和原子系综自旋波的斯托克斯分量的纠缠。
[0013] 2、本发明所利用的光和原子相互作用的自发拉曼散射过程产生反斯托克斯光，验 证原子系综自旋波的纠缠，通过选择原子系综合适的单光子失谐量、双光子失谐量，可以实 现最佳的原子系综纠缠。
[0014] 3、本发明所利用的自发拉曼散射过程产生的连续变量光和原子纠缠，通过将斯托 克斯光干涉、测量、反馈，确定性地制备和测量了原子系综的纠缠。
[0015] 4、本发明所利用的第一原子系综的立方原子气室置于射频线圈内，用于纠缠交换 反馈的实现。
[0016] 5、本发明所利用的纠缠交换反馈单元，使用具有频率过滤和可变增益因子的放大 电路，通过选择频率和调节增益因子，可以实现最佳的原子系综纠缠。
[0017] 6、本发明所利用的热原子系综的系统简单、稳定。
[0018] 本发明所产生的连续变量原子系综纠缠态，适合应用于包含原子的量子信息网 络，特别是建立量子信息网络节点之间的纠缠。
【附图说明】
[0019] 图1本发明的结构示意图；
[0020] 图2本发明光源单元的结构示意图；
[0021] 图3本发明光信号的控制时序图；
[0022]图4本发明原子系综的能级不意图；
[0023] 图5本发明第一原子系综的结构示意图；
[0024] 图6本发明第二原子系综的结构示意图；
[0025] 图7本发明纠缠测量系统的结构