一种时空复用的光量子干涉装置的制作方法

本技术的至少一个实施例涉及量子信息，更具体地，涉及一种时空复用的光量子干涉装置。

背景技术：

1、光量子的干涉装置主要应用于实现不同模式输入光量子信号间的干涉。比如，单个模式输入光子信号的马赫-曾德(mach-zehnder)干涉装置或者萨格纳克(sagnac)干涉装置能够实现单光子干涉，两个模式输入单光子的hong-ou-mandel干涉装置，能够实现两个全同光子间的干涉。可拓展的多模式干涉装置能够实现对输入光量子态进行线性变换，在光量子计算，光学网络，光量子精密测量等发挥重要作用。

2、在相关的技术中，已经能够证明利用2×2的分束器以及相位片作为基本元件，可以对输入量子态实现任意的幺正变换。例如利用两个分束比为50：50的分束器和相位构成的两模式马赫-曾德干涉仪，等效为一个任意分束比的分束器。采用多个这种级联的马赫-曾德干涉仪，能够构成具有多个模式的干涉仪。

3、对于大规模、多模式的光子干涉网络目前有两种主流技术路线。一是空间编码的干涉装置，其优点是连通度强，光子损耗低；但缺点是扩展性不高，继续增加模式数代价很高；另一条技术路线是时间编码主导的干涉结构，优势是可扩展性极强，但劣势是连通度不高，且系统效率会随干涉层数指数衰减。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供了一种时空复用的光量子干涉装置。

2、作为本实用新型的一个方面，提供了一种时空复用的光量子干涉装置，包括：

3、n+1级干涉组件，每级干涉组件适用于接收m束参量光，所述参量光为脉冲光，每个参量光包括按时序传输的多个光脉冲，每级干涉组件还适用于使同一时刻接收到的m个光脉冲发生干涉，得到m束干涉光；

4、n级光纤延时阵列，其中，n级光纤延时阵列中的第i级光纤延时阵列设置在第i级干涉组件和第i+1级干涉组件之间，每级光纤延时阵列包括m个延时环，m个延时环一一对应的对接收到的m束干涉光进行延时，m个延时环的时延量不同；

5、其中，第i级光纤延时阵列输出的m束延时后的干涉光作为输入至第i+1级干涉组件的m束参量光，1≤i≤n，m＞1。

6、根据本实用新型的实施例，所述光量子干涉装置还包括：

7、n+1级输出组件，所述n+1级输出组件中的第i级输出组件适用于接收第i级干涉组件输出的m束干涉光，1≤i≤n；

8、每级输出组件包括：

9、调整平台；

10、多个反射模块，位于所述调整平台上，适用于对所接收的m束干涉光进行反射；

11、其中，所述调整平台适用于调整多个反射模块的位姿，以改变m束干涉光的间距；第i级输出组件输出的m束干涉光传输至第i级光纤延时阵列。

12、根据本实用新型的实施例，所述光量子干涉装置还包括：

13、n+1个分束组件，其中，n+1个分束组件中的第i分束组件适用于将所述第i级干涉组件输出的m束干涉光反射至所述第i级输出组件，第n+1级分束组件适用于将第n+1级干涉组件输出的m束干涉光反射至所述第n+1级输出组件。

14、根据本实用新型的实施例，所述光量子干涉装置还包括：

15、光源组件，适用于产生泵浦光：

16、分束组件，适用于将所述泵浦光分成m束子泵浦光；

17、m个光参量谐振腔，根据m束子泵浦光各自的一部分发生下参量转换，得到所述m束参量光；

18、其中，在所述下参量转换完成后，剩余的子泵浦光也包括m束，且第m束剩余的子泵浦光和第m束脉冲光共光路输出。

19、根据本实用新型的实施例，上述光量子干涉装置，还包括：

20、预锁相组件，包括：

21、m个调控模块，其中，第m个调控模块适用于接收第m束子泵浦光；

22、双色镜，适用于对所述m束剩余的子泵浦光和m束参量光进行分离；并将m束参量光传输至第1级干涉组件；

23、分束单元，适用于将来自外部的参考泵浦光分成m束；

24、合束单元，适用于将m束剩余的子泵浦光和m束参考泵浦光合束，得到m个第一合束光，其中，第m束剩余的子泵浦光和第m束参考泵浦光合束，得到第m个第一合束光；

25、m个光纤偏振分束器，其中，m个光纤偏振分束器中的第m个光纤偏振分束器适用于将第m个第一合束光分成两路子合束光；

26、m个光电探测单元，其中，第m光电探测单元适用于对第m个第一合束光分成的两路子合束光进行探测，并根据各自的探测结果发出第m驱动信号，所述第m驱动信号适用于驱动所述第m个调控模块调节所述第m束子泵浦光的光程，进而实现调节所述第m束参量光的相位。

27、根据本实用新型的实施例，来自第i+1级干涉组件的m束锁相光经所述第i级输出组件反射后，穿过所述第i分束组件；

28、在所述第i+1级干涉组件与第i分束组件之间，第m束锁相光和第m束干涉光共光路传输；

29、所述光量子干涉装置还包括n个锁相组件，其中，第i锁相组件包括：

30、分束模块，适用于将来自于外部的入射光分成m束参考光；

31、合束模块，适用于将m束参考光和透过所述第i分束组件的m束锁相光合束，得到第m个第二合束光，其中，第m束参考光和透过所述第i分束组件的第m束锁相光合束，得到第m个第二合束光；

32、传输模块，适用对m个第二合束光传输；

33、调节模块，适用于根据第m个第二合束光的光功率调节入射至所述第i+1干涉组件的第m束参量光的光程，进而固定入射至所述第i+1干涉组件的第m束参量光的相位，m≤m。

34、根据本实用新型的实施例，每级光纤延时阵列还包括温控组件，适用于保持m个延时环的长度不变。

35、根据本实用新型的实施例，每级输出组件还包括输出准直器组；所述输出准直器组包括m个输出准直器，第i个输出准直器组的m个输出准直器适用于对所述第i输出组件输出的m束干涉光进行准直，并将准直后的m束干涉光传输至第i级光纤延时阵列的m个延时环。

36、根据本实用新型的实施例，所述光量子干涉装置还包括：

37、n级输入组件，其中，第i级输入组件与所述第i级光纤延时阵列连接，适用于将所述第i级光纤延时阵列输出的m束延时后的干涉光输入至所述第i+1级干涉组件。

38、根据本实用新型的实施例，通过n+1级干涉组件和n级光纤延时阵列的级联设计，结合每级干涉组件处理m束参量光、每个参量光包含多个时序光脉冲的结构，可实现空间模式与时间模式的复合复用，能让大量光脉冲在时空维度上实现全连通干涉，拓展了光量子干涉的规模，为大规模光量子计算、高精度光量子精密测量等应用提供了硬件基础。

39、根据本实用新型的实施例，每级光纤延时阵列的m个延时环具有不同时延量，可精准控制光脉冲的时间延迟，确保同一时刻到达干涉组件的光脉冲参与干涉，保证干涉的时间同步性。同时这种分级延时与干涉的结构，配合后续可能的锁相系统等，能有效抑制环境因素（如温度、振动）对光程和相位的影响，提升了整个干涉系统的精度和稳定性，使干涉结果更可靠。