察到路径高维纠缠的相位，因此只能在 巧幢的时候体现出来，通过微调测量BD的角度就可W调节中间的相位。
[005引如图4所示，为制备立维路径纠缠源的示意图，其主要包括如下步骤：
[0059] 1)设置一个17.6。的半波片对输入的H光进行偏振处理，处理后的光为H光与V 光的叠加。
[0060]。利用BD1对H光与V光进行分束与平移处理，其中，H光沿着原来的方向传播， V光则向下平移一定的距离。
[0061] 3)并分别利用0°与22.5°的半波片对从抓1射出的H光与V光进行偏振处理； 其中，上方的H光经过0°半波片后，依然为H光，而下方的V光经过22. 5°半波片后变为 H光与V光的叠加。
[006引4)利用抓2对于偏振处理后的光进行分束与平移处理；其中，上方的H光保持之 前的方向传播，下方的H光与V光分束后，H光保持之前的方向传播，V光则向下平移一段距 离，则BD2射出的光自上向下排布为H光、H光及V光。
[0063] 5)分别对应的利用45°、45°与0°的半波片对从抓2射出光进行偏振处理，变成 自上向下排布的S束V光。
[0064]6)该=束V光射入预先设置的非线性晶体中，每一射入的V光均产生两路参量光， 从而完成=维路径纠缠源的制备。
[0065] 此时会产生的六路参量光其分布和原理与二维路径纠缠源的类似，利用0,1，2进 行编码，其纠缠态为：
[0066]
[0067] 依据相同的原理，就可W更高维的纠缠制备出来，比如四维纠缠态利用〇，1，2,3 进行编码，其纠缠态为：
[0068]
[0069] 上述高维路径纠缠源制备时，抓与抓之间、半波片与半波片之间，W及抓与半波 片之间均为平行放置。
[0070] 另外，本方案不仅可制备出最大纠缠态，还可W依据比例制备出其他形式的纠缠 态，如果改变输入光的的分光比例就可W得到不同的纠缠态。W二维纠缠为例，如果把两束 累浦光的分光比设计为2:1的话，造出的纠缠态即为：
[0071]
[0072] 通过该种方法可W使其产生任意该种形式的纠缠态：
[0073]1])> =a|00> +be"* | 11? ；
[0074] 同样的再高维的也可W类似的形式产生。
[00巧]另一方面，维度增加的方式除了利用抓竖直方向将累浦分开之外也可W使用抓 水平分束，该样的话就可W将累浦光分成多行多列的功率相等的阵列，有多少束累浦光入 射到BB0晶体，就可W产生多少维的纠缠源。需要说明的，如果使用水平分束的，则为了使 同一光子对的光程保持一致，需要进行补偿。
[0076] 步骤14、利用抓对高维路径纠缠源中的光进行转换，并进行态层析，从而判断高 维路径纠缠源的保真度。
[0077] 本步骤可通过现有的常规方法实现，W二维路径纠缠源的保真度判断方法为例， 其具体步骤如下：
[0078] 1)每一V光所产生的两路参量光均在实验室水平面内与累浦光成3°角，不同的 累浦光产生的参量光竖直排列，将相邻V光的参量光单独引出；其中，参量光均为H光；
[0079] 2)引出的参量光呈上下排布，利用45°的半波片将上方的H光处理为V光；
[0080]扣上方的V光与下方的H光射入抓后，下方的H光保持之前的方向传播，V光则 向下平移一段距离且与H光合并为一束光射出，实现路径编码至偏振编码的转换；
[0081] 4)转换后的光，依次射入四分之一波片、半波片、偏振分束器及单光子探测器，进 行态层析，从而判断高维路径纠缠源的保真度。
[0082] 示例性的，W前述制备的二维路径纠缠源为例，判断二维路径纠缠源的保真度的 示意图如图5所示。将图2中的光源的1，2路单独引出，制作测量基，在上路中加入一个半 波片置于45°，使得上路的H光变为V光，再经过一个抓将两束光合并，从而就将原来的路 径编码转化成了偏振编码，其中，路径编码中的0对应偏振编码中的V，路径编码中的1对应 于偏振编码中的H，确定偏振编码的纠缠就可W确定路径编码的纠缠，之后再加入四分之一 波片（QWP)，半波片（HWP)、偏振分束器（PBS)W及单光子探测器值）该样就构成了一个对 单qubit基的测量装置，再依据态层析的方法，从而判断二维路径纠缠源的保真度。
[0083] 判断S维路径纠缠源的保真度的方式类似，如图6所示。
[0084] 利用图5中最后的测量装置测量，16组基分别是：
[0085]皿 HV W VH RH RV DV DH
[0086] DR 孤畑皿 VD VL HL 化
[0087] 其中，H光代表的水平偏振光基，V代表的是竖直偏振光，R代表左旋光基（H+iV)， D代表45°线偏振基（H+V)，L代表右旋光基（H-iV)，该样就可W把测量路径纠缠的问题转 换成测量偏振纠缠的层析技术；而现在的偏振层析技术已经很成熟。
[008引需要强调的是，对于BB0晶体来说，不同的光入射产生的光也是不同的，本实施例 上述方案中，BB0晶体、抓与半波片均为平行设置，因此，BB0晶体只对V光响应，当V光入 射时会产生两个H光的参量光，当H光入射时就不会产生参量光。但是，本实施例中的H光 和V光是相对于实验室坐标的定义，相对于晶体来说，当将上述的BB0晶体旋转90°，该时 晶体感受到的光的偏振方向发生了改变，该时只对H光响应产生两束V光的参量光。所W 本方案的可W任意改变累浦光的偏振，需要BB0晶体光轴进行响应的调整。
[0089] 本发明实施例的上述方案，利用半波片与抓将射入的单偏振累浦光分成等能量 的V光，经过非线性晶体的V光会产生两束参量光，该方案相较于传统使用光子角动量实现 的高维纠缠而言，具有成本低，易于调节与实现，可W广泛使用于需要高维纠缠的情况下； 同时，该方案可W有效的扩展到很高的维度，并且可W得到保真度很高的纠缠态。
[0090]W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该W权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种高维路径纠缠源的制备及判断方法，其特征在于，包括： 设置一预定角度的半波片对输入的单偏振泵浦光进行偏振处理； 利用一个或多个光束平移器BD对偏振处理后的单偏振泵浦光进行分束与平移处理， 并利用一预定角度的半波片将经过BD处理后的水平偏振光H光处理为竖直偏振光V光； 将所有V光射入预先设置的非线性晶体中，每一射入的V光均产生两路参量光，从而完 成高维路径纠缠源的制备； 利用BD对高维路径纠缠源中的光进行转换，并进行态层析，从而判断高维路径纠缠源 的保真度。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行二维路径纠缠源制备的步骤包括： 设置一个22. 5°的半波片对输入的H光或V光进行偏振处理，处理后的光为H光与V 光的叠加，形成45°的线偏振光； 利用一个BD对H光与V光进行分束与平移处理；其中，H光沿着之前的方向传播，V光 则向下平移一段距离，并利用一个45°的半波片将H光处理为V光； 两路V光射入预先设置的非线性晶体中，每一射入的V光均产生两路参量光，从而完成 二维路径纠缠源的制备。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行三维路径纠缠源制备的步骤包括： 设置一个17. 6°的半波片对输入的H光进行偏振处理，处理后的光为H光与V光的叠 加； 利用BDl对H光与V光进行分束与平移处理，其中，H光沿着之前的方向传播，V光则向 下平移一段距离； 并分别利用0°与22. 5°的半波片对从BDl射出的H光与V光进行偏振处理；其中，上 方的H光经过0°半波片后，依然为H光，而下方的V光经过22. 5°半波片后变为H光与V 光的叠加； 利用BD2对于偏振处理后的光进行分束与平移处理；其中，上方的H光保持之前的方 向传播，下方的H光与V光分束后，H光保持之前的方向传播，V光则向下平移一段距离，则 BD2射出的光自上向下排布为H光、H光及V光； 分别对应的利用45°、45°与0°的半波片对从BD2射出光进行偏振处理，变成自上向 下排布的三束V光； 这三束V光射入预先设置的非线性晶体中，每一射入的V光均产生两路参量光，从而完 成三维路径纠缠源的制备。4. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，高维路径纠缠源制备时，BD与BD 之间、半波片与半波片之间，以及BD与半波片之间均为平行放置。5. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述利用BD对高维路径纠缠源 中的光进行转换，并进行态层析，从而判断高维路径纠缠源的保真度包括： 对于二维路径纠缠源，每一 V光所产生的两路参量光均在实验室水平面内与泵浦光成 3°角，不同的泵浦光产生的参量光竖直排列，将相邻V光所产生的参量光单独引出；其中， 参量光均为H光； 引出的参量光呈上下排布，利用45°的半波片将上方的H光处理为V光； 上方的V光与下方的H光射入BD后，下方的H光保持之前的方向传播，V光则向下平 移一段距离且与H光合并为一束光射出，实现路径编码至偏振编码的转换； 转换后的光，依次射入四分之一波片、半波片、偏振分束器及单光子探测器，进行态层 析，从而判断高维路径纠缠源的保真度。
【专利摘要】本发明公开了一种高维路径纠缠源的制备及判断方法，包括：设置一预定角度的半波片对输入的单偏振泵浦光进行偏振处理；利用一个或多个光束平移器BD对偏振处理后的单偏振泵浦光进行分束与平移处理，并利用一预定角度的半波片将经过BD处理后的水平偏振光H光处理为竖直偏振光V光；将所有V光射入预先设置的非线性晶体中，每一射入的V光均产生两路参量光，从而完成高维路径纠缠源的制备；利用BD对高维路径纠缠源中的光进行转换，并进行态层析，从而判断高维路径纠缠源的保真度。本发明公开的方法，具有成本低、容易实现的优点；同时，不仅可以有效的扩展到很高的维度，而且可以得到保真度较高的纠缠态。
【IPC分类】G02F1/35, G02F1/355
【公开号】CN104965374
【申请号】CN201510455943
【发明人】柳必恒, 胡晓敏, 黄运锋, 李传锋, 郭光灿
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月28日