一种连续变量光和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光和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光和原子系综纠缠的产生装置。【
背景技术：
】[0002]量子纠缠是量子力学的重要内容之一，同时也是量子信息传输和处理的重要资源。纠缠光已经在实验上被制备，并且应用于多种量子信息协议。由原子与光组成的量子信息网络的研究是发展应用的关键。其中，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。原子可以和光进行有效的相互作用，作为量子信息处理和存储的节点。除了腔量子电动力学系统外，原子系综是实现量子网络节点的有效方法之一。[0003]在2005年，美国佐治亚理工大学的Kuzmich教授研究组利用自发拉曼散射过程制备了分离变量的光子和原子系综的纠缠，在PRL95,040405(2005)发表题目为"EntanglementofaPhotonandaCollectiveAtomicExcitation"的论文。在2006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光子和原子系综的纠缠，并且使原子系综的相干时间延长至21微妙，在PRL97，113603(2006)发表题目为"DirectMeasurementofDecoherenceforEntanglementbetweenaPhotonandStoredAtomicExcitation"的论文。在2007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子和原子系综的纠缠，并且利用了拉曼光的两个不同的模式，以提高产生几率，在PRL99,180505(2007)发表题目为"DemonstrationofaStableAtom-PhotonEntanglementSourceforQuantumRepeaters"的论文。以上三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光和原子纠缠，解决了光和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】[0004]本发明的目的是解决现有制备分离变量的光和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光和原子系综纠缠的确定性产生装置。[0005]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，确定性地制备斯托克斯光和原子系综之间纠缠，并且通过自发拉曼散射过程产生的反斯托克斯光，对光和原子系综纠缠进行测量、分析。[0006]-种连续变量光和原子系综纠缠的产生装置，包括光源单元、若干光束耦合系统、原子系综和测量系统;所述光源单元设有栗浦光脉冲信号aP输出端、写光脉冲信号aw输出端、读光脉冲信号aR输出端、两束本地振荡光信号au、ai2输出端和两束模拟光脉冲信号ai3、aw输出端，其中，栗浦光脉冲信号ap输出端与原子系综的第一输入端连接;竖直偏振的写光脉冲信号aw输出端和水平偏振的模拟光脉冲信号a14输出端分别与第一光束親合系统的两个输入端连接，第一光束耦合系统的输出端与原子系综的第二输入端连接;竖直偏振的读光脉冲信号aR输出端和水平偏振的模拟光脉冲信号&3输出端分别与第二光束耦合系统的两个输入端连接，第二光束耦合系统的输出端与原子系综的第三输入端连接;原子系综的第一、第二输出端分别与第三、第四光束耦合系统的输入端连接，第三、第四光束耦合系统的输出端分别与测量系统的第一、第二输入端连接;两束本地振荡光信号al1、al2输出端与测量系统的第三、第四输入端连接。[0007]所述光源单元由可调谐激光器、单模1x7光纤耦合器和七套声光调制器组成;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输入端连接;所述可调谐激光器输出与原子吸收线对应的激光，所述该激光被分为七束;第一束光通过第一套声光调制器转换为栗浦光脉冲信号；第二束光通过第二套声光调制器转换为写光脉冲信号；第三束光通过第三套声光调制器转换为读光脉冲信号;第四束光通过第四套声光调制器转换为斯托克斯光的平衡零拍探测系统的本地振荡光信号;第五束光通过第五套声光调制器转换为反斯托克斯光的平衡零拍探测系统的本地振荡光信号;第六束光通过第六套声光调制器转换为斯托克斯光的模拟光脉冲信号;第七束光通过第七套声光调制器转换为反斯托克斯光的模拟光脉冲信号。[0008]所述光束耦合系统由高消光比的格兰汤姆森棱镜组成，光束耦合系统将竖直偏振的写光脉冲信号和水平偏振的反斯托克斯光的模拟光脉冲信号耦合进原子系综;将竖直偏振的读光脉冲信号和水平偏振的斯托克斯光模拟光脉冲信号耦合进原子系综;而且将竖直偏振的读光脉冲信号和写光脉冲信号在进入测量系统之前过滤掉。[0009]所述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;磁屏蔽纸设在立方原子气室的外层，并且将用磁屏蔽纸包裹的立方原子气室放置于金属的磁屏蔽筒内；采用加热带、保温材料和控温仪器组成的温控系统设在磁屏蔽的外层并对铷原子加热和控温。[0010]所述测量系统由两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;每套平衡零拍探测系统由光学分束器、两套平衡零拍探测器和功率减法器构成，第三、第四光束耦合系统输出的斯托克斯光as、反斯托克斯光aAS分别输入两套平衡零拍探测系统对斯托克斯光as、反斯托克斯光aAS的正交分量进行测量，并利用第三、第四光束耦合系统输出的斯托克斯光的模拟光ai3、反斯托克斯光的模拟光aw对它们和本地振荡光au、aL2干涉的位相差进行锁定;最后通过功率加减法器和可存储数字示波器对斯托克斯光和反斯托克斯光的关联噪声进行测量、存储和分析。[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，进而通过测量斯托克斯光和反斯托克斯光的正交分量的关联噪声，验证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。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。本发明设计的光和原子系综纠缠的产生装置有以下有益效果：[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，原子系综自旋波的量子态映射到反斯托克斯光的量子态，进而通过测量斯托克斯光和反斯托克斯光的正交分量的关联噪声，可以验证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。[0014]3、本发明所利用的自发拉曼散射过程产生连续变量光和原子系综纠缠态，具有确定性制备和测量的优点。[0015]4、本发明所利用的光学耦合系统分别将斯托克斯光的模拟光和反斯托克斯光的模拟光耦合进平衡零拍探测系统，实现对斯托克当前第1页1 2 3