保留光子极化特性的单光子纠缠态指示放大方案

通讯作者

周澜教授 南京邮电大学理学院/南京邮电大学通信与信息工程学院

光子是量子通信中最常用的信息载体。光子在光纤或者自由空间的传播过程中可能丢失。光子丢失将导致光子在光纤中的传播随着信道长度的增加呈现指数式衰减。在传输距离之内，光子丢失不仅严重影响量子通信的成功率保真度，而且影响其安全性[1-3]。人们提出了量子比特放大的思想来解决光子的传输丢失问题[4-11]。量子比特放大的基本思想可以如下描述：假设一个单光子在信道传播过程中，传输效率为p，经过传输，它将变成p概率的单光子态和1-p概率的空态的混合态。量子比特放大就是要在经典通信的框架之下，通过局域操作，从原混合态中提取新态，以达到减小空态概率，增大单光子态概率的目的。
 

南京邮电大学金玉宇、周澜等[12]提出了一个保护单光子纠缠态的线性光学量子比特放大方案。该方案能有效解决光子在传输过程中的完全丢失和部分丢失问题，同时还能有效的保留单光子的极化特性。该方案中全部使用线性光学元件，如分束器（BS）、极化分束器（PBS）、可变分束器（VBS）以及单光子探测器，这使得该方案能够在当前实验条件下实现。通过调节VBS的透射率来实现对单光子纠缠态的放大和浓缩。保留单光子的极化特性不会影响方案的放大因子但是会降低方案的成功概率。放大结束后，被放大的单光子纠缠态能够被保留下来用于别的应用中。该方案在未来的量子保密通信领域内具有一定的应用前景。

Fig. 1 放大方案的原理图。为同时实现单光子纠缠态的放大和浓缩，并保留单光子的极化特性，我们需要使用4个辅助单光子。该方案使用线性光学元件和单光子探测器。BS, VBS, PBS分别代表50:50分束器、可变分束器、以及极化分束器。D_i (i = 1, 2, 3, ..., 8) 代表单光子探测器。
 

References

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12.  Y.-Y. Jin, S.-X. Qin, H. Zu, L. Zhou, W. Zhong, and Y.-B. Sheng, Heralded amplification of single-photon entanglement with polarization feature, Front. Phys., doi: 10.1007/s11467-018-0823-x

文献链接：

Yu-Yu Jin, Sheng-Xian Qin, Hao Zu, Lan Zhou, Wei Zhong, and Yu-Bo Sheng, Heralded amplification of single-photon entanglement with polarization feature, Front. Phys., doi: 10.1007/s11467-018-0823-x