本發(fā)明涉及量子存儲(chǔ)與量子計(jì)算，具體涉及一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、量子密鑰分發(fā)(quantum?key?distribution，qkd)是基于物理學(xué)原理的無條件安全通信方式。目前，量子通信所面臨的主要挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信。

2、量子計(jì)算(quantum?computing，qc)作為一種全新的計(jì)算模式正在逐漸嶄露頭角，遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，它是能突破經(jīng)典算力瓶頸的新型計(jì)算模式。光子是量子通信的天然載體，然而由于不可克服的信道損耗，光子的傳輸距離非常有限。為此，人們提出了基于量子存儲(chǔ)器以及量子糾纏交換的量子中繼方案，量子計(jì)算與量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

3、目前較為常用的是基于稀土摻雜離子的固態(tài)量子存儲(chǔ)器。然而絕大多數(shù)稀土摻雜晶體都具有各向異形的吸收特性，單塊的晶體只能對(duì)某一特殊偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)任意偏振編碼的光子的存儲(chǔ)。偏振是光子攜帶信息最方便最穩(wěn)固的自由度。由于晶體的各向異性吸收特性的，故現(xiàn)有的固態(tài)量子存儲(chǔ)方案都是預(yù)先選定了單一偏振態(tài)的輸入光子，只能實(shí)現(xiàn)單一偏振態(tài)的存儲(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的固態(tài)量子存儲(chǔ)方案只能實(shí)現(xiàn)單一偏振態(tài)存儲(chǔ)的問題，提供一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置及方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，包括激光產(chǎn)生模塊、泵浦光調(diào)制模塊、存儲(chǔ)光調(diào)制模塊和量子存儲(chǔ)模塊；

4、所述激光產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)諧的多頻率的連續(xù)激光；

5、所述泵浦光調(diào)制模塊，用于根據(jù)量子存儲(chǔ)模塊的頻率間隔對(duì)多頻率的連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制，得到量子存儲(chǔ)模塊所需的泵浦光；

6、所述存儲(chǔ)光調(diào)制模塊，用于根據(jù)量子存儲(chǔ)模塊的頻率間隔對(duì)多頻率的連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制，得到待存儲(chǔ)的信號(hào)光；

7、所述量子存儲(chǔ)模塊，用于接收泵浦光和待存儲(chǔ)的信號(hào)光，并對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)，以及對(duì)非指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后再存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多偏振態(tài)信號(hào)光的存儲(chǔ)。

8、上述方案中，通過量子存儲(chǔ)模塊對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)，以及對(duì)非指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后再存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多偏振態(tài)信號(hào)光的存儲(chǔ)。

9、優(yōu)選的，所述激光產(chǎn)生模塊包括激光器、起偏器和分束器；

10、所述激光器，用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)諧的多頻率的連續(xù)激光；

11、所述起偏器，用于調(diào)制激光器產(chǎn)生的連續(xù)激光的偏振態(tài)；

12、所述分束器，用于將連續(xù)激光分束為兩路，其中一路輸入泵浦光調(diào)制模塊，另一路輸入存儲(chǔ)光調(diào)制模塊。

13、優(yōu)選的，所述泵浦光調(diào)制模塊包括第一聲光調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器；

14、所述第一聲光調(diào)制器，用于根據(jù)量子存儲(chǔ)模塊的頻率間隔對(duì)多頻率的連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制，得到量子存儲(chǔ)模塊所需的泵浦光；

15、所述強(qiáng)度調(diào)制器，用于調(diào)制泵浦光的強(qiáng)度。

16、優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)光調(diào)制模塊包括第二聲光調(diào)制器、衰減器和偏振控制器；

17、所述第二聲光調(diào)制器，用于根據(jù)量子存儲(chǔ)模塊的頻率間隔對(duì)多頻率的連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制，得到待存儲(chǔ)的信號(hào)光；

18、所述衰減器，用于將待存儲(chǔ)的信號(hào)光衰減為單光子水平；

19、所述偏振控制器，用于調(diào)制待存儲(chǔ)的信號(hào)光的偏振態(tài)。

20、優(yōu)選的，所述量子存儲(chǔ)模塊包括第一稀土摻雜晶體、第一偏振旋轉(zhuǎn)器、第二稀土摻雜晶體、第二偏振旋轉(zhuǎn)器和偏振分析儀；

21、所述第一稀土摻雜晶體，用于對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放；

22、所述第一偏振旋轉(zhuǎn)器，用于對(duì)第一稀土摻雜晶體輸出的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換；

23、所述第二稀土摻雜晶體，用于對(duì)經(jīng)過第一偏振旋轉(zhuǎn)器的指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放；

24、所述第二偏振旋轉(zhuǎn)器，用于對(duì)第二稀土摻雜晶體輸出的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換；

25、所述偏振分析儀，用于對(duì)經(jīng)過第二偏振旋轉(zhuǎn)器的信號(hào)光的偏振態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析。

26、優(yōu)選的，所述第一偏振旋轉(zhuǎn)器、第二偏振旋轉(zhuǎn)器為匹配設(shè)置的半波片。

27、優(yōu)選的，所述量子存儲(chǔ)模塊還包括相位片，用于對(duì)第二稀土摻雜晶體輸出的信號(hào)光進(jìn)行相位差補(bǔ)償。

28、優(yōu)選的，還包括透鏡，用于將泵浦光調(diào)制模塊輸出的泵浦光和存儲(chǔ)光調(diào)制模塊輸出的待存儲(chǔ)的信號(hào)光聚焦到量子存儲(chǔ)模塊中。

29、優(yōu)選的，在光路設(shè)置上，令泵浦光早于待存儲(chǔ)的信號(hào)光到達(dá)固態(tài)量子存儲(chǔ)器。

30、一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)方法，基于所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

31、s1：產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)諧的多頻率的連續(xù)激光；

32、s2：根據(jù)量子存儲(chǔ)模塊的頻率間隔對(duì)多頻率的連續(xù)激光進(jìn)行泵浦光調(diào)制和存儲(chǔ)光調(diào)制，對(duì)應(yīng)得到泵浦光和待存儲(chǔ)的信號(hào)光；

33、s3：由量子存儲(chǔ)模塊接收泵浦光和待存儲(chǔ)的信號(hào)光，并對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)，以及對(duì)非指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后再存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多偏振態(tài)信號(hào)光的存儲(chǔ)。

34、本發(fā)明有益的技術(shù)效果：

35、本發(fā)明提供了一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置及方法，通過量子存儲(chǔ)模塊對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)，以及對(duì)非指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后再存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多偏振態(tài)信號(hào)光的存儲(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，包括激光產(chǎn)生模塊、泵浦光調(diào)制模塊、存儲(chǔ)光調(diào)制模塊和量子存儲(chǔ)模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述激光產(chǎn)生模塊包括激光器、起偏器和分束器；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述泵浦光調(diào)制模塊包括第一聲光調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)光調(diào)制模塊包括第二聲光調(diào)制器、衰減器和偏振控制器；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述量子存儲(chǔ)模塊包括第一稀土摻雜晶體、第一偏振旋轉(zhuǎn)器、第二稀土摻雜晶體、第二偏振旋轉(zhuǎn)器和偏振分析儀；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一偏振旋轉(zhuǎn)器、第二偏振旋轉(zhuǎn)器為匹配設(shè)置的半波片。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述量子存儲(chǔ)模塊還包括相位片，用于對(duì)第二稀土摻雜晶體輸出的信號(hào)光進(jìn)行相位差補(bǔ)償。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，還包括透鏡，用于將泵浦光調(diào)制模塊輸出的泵浦光和存儲(chǔ)光調(diào)制模塊輸出的待存儲(chǔ)的信號(hào)光聚焦到量子存儲(chǔ)模塊中。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，其特征在于，在光路設(shè)置上，令泵浦光早于待存儲(chǔ)的信號(hào)光到達(dá)固態(tài)量子存儲(chǔ)器。

10.一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置，包括激光產(chǎn)生模塊、泵浦光調(diào)制模塊、存儲(chǔ)光調(diào)制模塊和量子存儲(chǔ)模塊；本發(fā)明還公開了一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)方法，基于所述的一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明公開了一種多偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)裝置及方法，通過量子存儲(chǔ)模塊對(duì)指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行存儲(chǔ)，以及對(duì)非指定偏振態(tài)的信號(hào)光進(jìn)行偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后再存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多偏振態(tài)信號(hào)光的存儲(chǔ)，應(yīng)用于量子并行計(jì)算與量子網(wǎng)絡(luò)規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：郭邦紅,彭賀楊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東國騰量子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8