光子軌道角動量在量子通信中的應用

1、光子軌道角動量在量子通信中的應用光子軌道角動量在量子通信中的應用葉瀚禮光子量子態(tài)為軌道角動量，當前階段，有一定軌道角動量廣泛的應用于通信領域，國內外都在熱衷進行研究，尤其是軌道角動量已經成為空間量子信息重要的承載體，對于量子通訊產生了重大影響。本文首先簡單的介紹了光子軌道角動量以及量子通訊基本概念，進而詳細的解析了光子軌道角動量在量子通訊的應用?！娟P鍵詞】光子軌道角動量量子通訊應用解析隨之量子研究的逐步深入，我們對角動量有了更為清晰的認

2、識，一般認為角動量存在軌道角動量和自旋角動量兩種。而前者為光子量子態(tài)，在量子信息加載過程中涉及到的物理量有光子相位、偏振等。近年來，軌道角動量的應用得到了非常廣泛的關注。1光子軌道角動量相關研究已經表明，光束本身具備兩種角動量態(tài)，其一和光束偏振特點相應的自旋角動量（SAM），其二指的是和光束螺旋形相位結構存在一定關聯(lián)的光子軌道角動量（OAM）。相較于自旋角動量，光子軌道角動量具有非常明顯的優(yōu)勢，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩點：其一，光束偏振和

3、光矢量存在一定的聯(lián)系，在光束傳輸當中，必須對系統(tǒng)加以高效的檢測，以免因為偏離而造成不必要的麻煩，但是OAM的應用無需通訊雙方對參考系進行實時轉換和調整；其二，OAM的維特性較強。將OAM運用于量子密鑰分發(fā)方案中，可以顯著提升量子密鑰生成率，同時也可以擴大安全傳送距光子軌道角動量態(tài)可以成為量子保密通訊信息的載體，是現(xiàn)今量子通訊領域一個研究熱點。因為現(xiàn)在的量子保密通訊系統(tǒng)通常都是使用的BB84協(xié)議和B92協(xié)議。以上兩種協(xié)議在進行測量基以及發(fā)

4、送基比較傳送的過程中，難免都會遭遇信息丟失的情況，所以會使密鑰生成率大大下降。為實現(xiàn)密鑰生成率的提升，我們基于正交態(tài)編碼協(xié)議進行相應的優(yōu)化，設計一項通過光子軌道角動量態(tài)實現(xiàn)通訊保密的實驗方案。在這一方案中，激光器可以直接生成存在特定軌道角動量光子；使用光束旋轉器測量光子軌道角動量。圖1表示的是以軌道角動量為基礎的量子保密通訊系統(tǒng)的結構，這一結構的原形為WZ干涉儀。在結果示意圖中的分束器BS1、BS2相應的分束比均為50…50，LD1、L

5、D2表示的是脈沖激光器，分別可以直接傳送軌道角動量h、2h的光子，經過光混合裝置LM的混合以及衰減裝置A的衰減之后，激光脈沖進入量子通道。光束旋轉裝置相應的旋轉角是由達夫棱鏡DP1、DP2聯(lián)合構成的，其旋轉角α=π。而這一干涉儀兩個雙臂上各有一個延時器，延時器的功能是防止竊聽信息者Eve，在此同時對兩臂上的小脈沖進行攔截，這表示的是正交編碼方案最為核心的部分。ts表示的是Alice發(fā)出光子的瞬間時刻，tr表示的是Bob收到的光子瞬間時刻