[发明专利]非破坏性的贝尔态测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种贝尔态测量系统及测量方法，主要解决现有技术不能对纠缠光子对进行非破坏性的贝尔态测量的问题。其步骤为：1.产生纠缠光子对和前两个辅助单光子(X，Y)，并将这四个光子依次通过第一前置和后置测量子模块得到前两个光探测器(D1，D2)的响应结果；2.产生后两个辅助单光子(M，N)，并将纠缠光子和这后两个光子依次通过第二前置和后置测量子模块得到后两个光探测器(D3，D4)的响应结果；3.根据这四个光探测器的响应结果，得出纠缠光子对所处的贝尔态。本发明利用光学器件和量子逻辑运算，能在不破坏纠缠光子对的情况下，准确测量出纠缠光子对的贝尔态。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种贝尔态测量技术，可用于量子通信。

背景技术

基于量子力学的海森堡不确定性原理和量子态不可克隆定理，量子通信在物理原理上保证了无条件安全性，因而得到了广泛的重视，取得了快速的发展。量子纠缠被薛定谔称为是“量子力学的精髓”，是量子力学的一种独特的性质。量子纠缠是一种重要的资源，基于量子纠缠，量子通信可以完成许多用经典资源无法完成的信息传输和处理任务。贝尔态是典型的两个光子产生的纠缠态，包括4种量子态，分别是第一量子态|ψ⁺>₁₂、第二量子态|ψ^->₁₂、第三量子态|φ⁺>₁₂和第四量子态|φ^->₁₂。

对贝尔态进行测量，对于分析未知纠缠对以及对基于纠缠光子的量子通信协议进行脆弱性分析有着非常重要的意义。贝尔态是最简单的两体量子纠缠态，由纠缠光子源产生第一光子和第二光子，在测量前这两个光子均处于不确定的状态，若对其中之一进行测量，则另一个的状态随之而定，即坍塌到确定态。传统的基于线性光学的测量方法不能完全区分这四个贝尔态，利用受控非门进行测量的典型方法也会破坏掉原来的贝尔态。

美国人LOSS DANIEL(CH)申请的专利“Fermionic Bell-state analyzer andquantum computer using same”(专利申请号：US20070825808)，该专利申请的方法公开了一种贝尔态测量方法,其采用的方式是利用费米子的偏振特性和塞曼效应来确定费米子纠缠对所处的贝尔态，但这种方法与基于线性光学的测量方法一样，不能完全区分4种贝尔态，从而不能完全分析未知光子纠缠对，同时对基于纠缠光子的量子通信协议不能进行有效的窃听。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非破坏性的贝尔态测量系统及测量方法，通过利用光学器件和量子比特的逻辑运算，在保持被测纠缠光子的状态不被破坏的前提下，测量出其所处的贝尔态。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.本发明的非破坏性的贝尔态测量系统，包括：

纠缠光子源，用于产生一对纠缠光子，即第一光子(1)和第二光子(2)；

偏振单光子源，用于产生第一辅助单光子(X)、第二辅助单光子(Y)，第三辅助单光子(M)和第四辅助单光子(N)；

光子传输路径，包括两条主传输路径(A1，A2)和四条辅助传输路径(B1，B2，B3，B4)，两条主传输路径(A1，A2)用于分别传输第一光子(1)和第二光子(2)，四条辅助传输路径(B1，B2，B3，B4)用于分别传输四个辅助单光子(X，Y，M，N)；

单光子探测器，包括四个单光子探测器(D1，D2，D3，D4)，用于与测量模块相配合确定被测纠缠光子对(1，2)所处的贝尔态；

测量模块，包括：

前置第一测量子模块Q₁，用于产生第一中间输出信号ω₁；