一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路

摘要

本发明涉及一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，通过采用频域宽带纠缠光源高速率地输出纠缠光子对；然后，通过多频道量子存储器对多个频率通道光子的存储作用，高速率地建立起光子‑量子存储器的纠缠；再通过多频道贝尔态测量装置以宣布的形式高速率地建立起多频道量子存储器之间的量子纠缠；最后，根据多频道贝尔态测量的结果，多频道量子存储器可以高速率地输出频率全同的纠缠光子对，因而，可以提高量子通道中量子比特传输的保真度与传输速率。本发明使用的所有器件，均可来自成熟的光电子器件，有利于系统组装制备和实用化发展，整个装置具有易于组装、小型化、实用化、可光纤器件集成特点。

权利要求

1.一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，包括第一多频道量子存储器(1)、第二多频道量子存储器(7)、第一频域宽带纠缠光源(2)、第二频域宽带纠缠光源(6)和多频道贝尔态测量装置；所述多频道贝尔态测量装置包括第一密集波分解复用器(3)、第二密集波分解复用器(5)、光纤耦合器(4)、n对单光子探测器(81、91、82、92...8n、

9n，n为正整数)和n个符合逻辑电路(101、102…10n)；

第一频域宽带纠缠光源(2)和第二频域宽带纠缠光源(6)产生的频域宽带闲频光子(ωi)通过光纤进入光纤耦合器(4)中发生双光子干涉，光纤耦合器(4)输出的第一路光子通过光纤进入第二密集波分解复用器(5)后，输出n个频率模式的第一闲频光子(ωi11…ωi1n)，光纤耦合器(4)输出的第二路光子通过光纤进入第一密集波分解复用器(3)后，输出n个频率模式的第二闲频光子(ωi21…ωi2n)，n个频率模式的第一闲频光子分别被n个单光子探测器探测，n个频率模式的第二闲频光子分别被另外n个单光子探测器探测，相同频率模式的第一闲频光子和第二闲频光子分别被一对单光子探测器探测后，产生的电脉冲信号进入对应的符合逻辑电路，符合逻辑电路对输入的电脉冲信号进行模数转换、延迟与逻辑运算后完成贝尔态测量，输出纠缠宣布信号，纠缠宣布信号进入第一多频道量子存储器(1)和第二多频道量子存储器(7)；

第一频域宽带纠缠光源(2)和第二频域宽带纠缠光源(6)产生的频域宽带信号光子(ωs)分别进入第一多频道量子存储器(1)和第二多频道量子存储器(7)，第一多频道量子存储器(1)和第二多频道量子存储器(7)根据输入的纠缠宣布信号产生并输出频率全同的纠缠光子对；

第一多频道量子存储器(1)和第二多频道量子存储器(7)结构相同，包括第一激光源(11)、第一相位调制器(12)、强度调制器(13)、环形器(14)、制冷机温度下的掺铒光波导(15)、密集波分复用器(16)、第三密集波分解复用器(26)、第二相位调制器(17)和移频电信号产生模块(18)；

第一激光源(11)依次通过第一相位调制器(12)和强度调制器(13)连接环形器(14)的第一端口，频域宽带信号光子(ωs)经过第三密集波分解复用器(26)输出n个频率模式的信号光子(ωs1、ωs2…ωsn)，n个频率模式的信号光子(ωs1、ωs2…ωsn)经过密集波分复用器(16)输出频域多模信号光子，频域多模信号光子经过制冷机温度下的掺铒光波导(15)连接环形器(14)的第二端口，环形器(14)的第三端口连接第二相位调制器(17)的光学输入端，纠缠宣布信号通过移频电信号产生模块(18)连接第二相位调制器(17)的电信号输入端，第二相位调制器(17)的输出端用于输出频率全同光子；

第一频域宽带纠缠光源(2)和第二频域宽带纠缠光源(6)的结构相同，包括第二激光源(19)、光放大器(20)、偏振控制器(21)、可调光衰减器(22)、带通滤波器(27)、非线性光学介质(23)、陷波滤波器(24)和波长选择装置(25)；

第二激光源(19)依次通过光放大器(20)、偏振控制器(21)、可调光衰减器(22)、带通滤波器(27)、非线性光学介质(23)、陷波滤波器(24)连接波长选择装置(25)的输入端，波长选择装置(25)分别输出频域宽带闲频光子(ωi)和频域宽带信号光子(ωs)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述单光子探测器为半导体雪崩探测器或超导纳米线单光子探测器。

3.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述激光源为固体激光器、气体激光器、半导体激光器或染料激光器。

4.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述相位调制器为以KDP晶体或铌酸锂晶体作为电光晶体的相位调制器。

5.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述制冷机温度下的掺铒光波导(15)为掺铒铌酸锂晶体波导、掺铒光纤或掺铒硅酸钇晶体波导。

6.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述偏振控制器(21)为玻片型偏振控制器或光纤环型偏振控制器。

7.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述非线性光学介质(23)为周期性极化的铌酸锂晶体、周期性极化的磷酸氧钛钾晶体或周期性极化的偏硼酸钡晶体。

8.根据权利要求1所述的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，其特征在于，所述强度调制器(13)为基于声光效应或电光效应的强度调制器。

说明书

一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路

技术领域

[0001] 本发明属于量子信息领域，具体涉及一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路。

背景技术

[0002] 量子通道将量子节点或量子计算机进行全量子信息层面的互联互通，是构建未来量子网络的关键。高保真、高速率地传递量子比特是构建量子通道的核心任务，其主要是通
过量子纠缠分发和量子隐形传态等技术来实现的。波长处于光纤通信波段的光子在光纤中
传输时具有相对较小的损耗，因而光纤是目前量子通道研究中用于光子传输的一种重要介
质。尽管在城域范围内，光纤损耗还未对量子纠缠分发带来显著的影响，但是当量子网络中
节点之间的光纤连接超过一定长度之后，光纤带来的损耗则会令纠缠分发速率急剧降低，
进而限制了量子信道中量子比特传输的保真度和传输速率。量子中继是解决该问题的一个
理想方案。在该方案中，连接两个远距离终端节点的量子通道被划分为若干个基础链路。在
每个基础链路中，先通过纠缠光子源、量子存储器、光纤以及贝尔态测量装置建立起基础链
路两端输出的光子之间的纠缠，然后利用纠缠交换的方法实现不同基础链路输出的光子之
间的纠缠，最终实现量子通道的两个终端节点输出的光子之间的量子纠缠。

[0003] 目前的量子通道基础链路的实现方案中，均采用频域单模纠缠光源和单频道贝尔态检测装置，因而基础链路两端建立起纠缠的速率较低，以此链路为基础的量子通道中的
量子比特传输速率和保真度仍然不高。针对此问题，本发明提出了一种光纤通信波段的频
域复用量子通道基础链路，在该基础链路中，通过利用频域宽带纠缠光源、多频道量子存储
器以及多频道贝尔态检测装置，可以以更高速率建立起链路两端的光子纠缠，进而提高量
子信道中量子比特传输的保真度与速率，促进光纤通信波段量子网络的实用化。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，包括第一多频道量子存储器、第二多频道量子存储器、第一频域宽带纠缠光源、
第二频域宽带纠缠光源和多频道贝尔态测量装置；所述多频道贝尔态测量装置包括第一密
集波分解复用器、第二密集波分解复用器、光纤耦合器、n对单光子探测器(n为正整数)和n
个符合逻辑电路；

[0006] 第一频域宽带纠缠光源和第二频域宽带纠缠光源产生的频域宽带闲频光子通过光纤进入光纤耦合器中发生双光子干涉，光纤耦合器输出的第一路光子通过光纤进入第二
密集波分解复用器后，输出n个频率模式的第一闲频光子，光纤耦合器输出的第二路光子通
过光纤进入第一密集波分解复用器后，输出n个频率模式的第二闲频光子，n个频率模式的
第一闲频光子分别被n个单光子探测器探测，n个频率模式的第二闲频光子分别被另外n个
单光子探测器探测，相同频率模式的第一闲频光子和第二闲频光子分别被一对单光子探测
器探测后，产生的电脉冲信号进入对应的符合逻辑电路，符合逻辑电路对输入的电脉冲信
号进行模数转换、延迟与逻辑运算后完成贝尔态测量，输出纠缠宣布信号，纠缠宣布信号进
入第一多频道量子存储器和第二多频道量子存储器；

[0007] 第一频域宽带纠缠光源和第二频域宽带纠缠光源产生的频域宽带信号光子分别进入第一多频道量子存储器和第二多频道量子存储器，第一多频道量子存储器和第二多频
道量子存储器根据输入的纠缠宣布信号产生并输出频率全同的纠缠光子对。

[0008] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0009] 进一步的，第一多频道量子存储器和第二多频道量子存储器结构相同，包括第一激光源、第一相位调制器、强度调制器、环形器、制冷机温度下的掺铒光波导、密集波分复用
器、第三密集波分解复用器、第二相位调制器和移频电信号产生模块；

[0010] 第一激光源依次通过第一相位调制器和强度调制器连接环形器的第一端口，频域宽带信号光子经过第三密集波分解复用器输出n个频率模式的信号光子，n个频率模式的信
号光子经过密集波分复用器输出频域多模信号光子，频域多模信号光子经过制冷机温度下
的掺铒光波导连接环形器的第二端口，环形器的第三端口连接第二相位调制器的光学输入
端，纠缠宣布信号通过移频电信号产生模块连接第二相位调制器的电信号输入端，第二相
位调制器的输出端用于输出频率全同光子。

[0011] 进一步的，第一频域宽带纠缠光源和第二频域宽带纠缠光源的结构相同，包括第二激光源、光放大器、偏振控制器、可调光衰减器、带通滤波器、非线性光学介质、陷波滤波
器和波长选择装置；

[0012] 第二激光源依次通过光放大器、偏振控制器、可调光衰减器、带通滤波器、非线性光学介质、陷波滤波器连接波长选择装置的输入端，波长选择装置分别输出频域宽带闲频
光子和频域宽带信号光子。

[0013] 进一步的，所述单光子探测器为半导体雪崩探测器或超导纳米线单光子探测器。

[0014] 进一步的，所述激光源为固体激光器、气体激光器、半导体激光器或染料激光器。

[0015] 进一步的，所述相位调制器为以KDP晶体或铌酸锂晶体作为电光晶体的相位调制器。

[0016] 进一步的，所述制冷机温度下的掺铒光波导为掺铒铌酸锂晶体波导、掺铒光纤或掺铒硅酸钇晶体波导。

[0017] 进一步的，所述偏振控制器为玻片型偏振控制器或光纤环型偏振控制器。

[0018] 进一步的，所述非线性光学介质为周期性极化的铌酸锂晶体、周期性极化的磷酸氧钛钾晶体或周期性极化的偏硼酸钡晶体。

[0019] 进一步的，所述强度调制器为基于声光效应或电光效应的强度调制器。

[0020] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，通过采用频域宽带纠缠光源高速率地输出纠缠光子对；然后，通过多频道量子存储器
对多个频率通道光子的存储作用，高速率地建立起光子‑量子存储器的纠缠；再通过多频道
贝尔态测量装置以宣布的形式高速率地建立起多频道量子存储器之间的量子纠缠；最后，
根据多频道贝尔态测量的结果，多频道量子存储器可以高速率地输出频率全同的纠缠光子
对，因而，可以提高量子通道中量子比特的传输速率与保真度。同时，本发明的光纤通信波
段的频域复用量子通道基础链路使用的所有器件，均可来自成熟的光电子器件，有利于系
统组装制备和实用化发展，整个装置具有易于组装、小型化、实用化、可光纤器件集成特点。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路的结构示意图；

[0022] 图2为本发明实施例的一种多频道量子存储器的结构示意图；

[0023] 图3为本发明实施例的一种频域宽带纠缠光源的结构示意图；

[0024] 图4为实验上在制冷机温度下的掺铒光波导中制备的原子频率梳的结构图。

[0025] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0026] 81、91、82、92...8n、9n：n对单光子探测器，n为正整数，101、102…10n：n个符合逻辑电路，H1、H2…Hn：n个纠缠宣布信号的通道编号，1、第一多频道量子存储器，2、第一频域宽
带纠缠光源，3、第一密集波分解复用器，4、光纤耦合器，5、第二密集波分解复用器，6、第二
频域宽带纠缠光源，7、第二多频道量子存储器，11、第一激光源，12、第一相位调制器，13、强
度调制器，14、环形器，15、制冷机温度下的掺铒光波导，16、密集波分复用器，17、第二相位
调制器，18、移频电信号产生模块，19、第二激光源，20、光放大器，21、偏振控制器，22、可调
光衰减器，23、非线性光学介质，24、陷波滤波器，25、波长选择装置，26、第三密集波分解复
用器，27、带通滤波器。

具体实施方式

[0027] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0028] 如图1所示，本发明实施例提供的一种光纤通信波段的频域复用量子通道基础链路，包括第一多频道量子存储器1、第二多频道量子存储器7、第一频域宽带纠缠光源2、第二
频域宽带纠缠光源6和多频道贝尔态测量装置；所述多频道贝尔态测量装置包括第一密集
波分解复用器3、第二密集波分解复用器5、光纤耦合器4、n对单光子探测器81、91、82、
92...8n、9n，n为正整数，和n个符合逻辑电路101、102…10n；

[0029] 第一频域宽带纠缠光源2和第二频域宽带纠缠光源6产生的频域宽带闲频光子ωi通过光纤进入光纤耦合器4中发生双光子干涉，光纤耦合器4输出的第一路光子通过光纤进
入第二密集波分解复用器5后，输出n个频率模式的第一闲频光子ωi11…ωi1n，光纤耦合器4
输出的第二路光子通过光纤进入第一密集波分解复用器3后，输出n个频率模式的第二闲频
光子ωi21…ωi2n，n个频率模式的第一闲频光子分别被n个单光子探测器探测，n个频率模式
的第二闲频光子分别被另外n个单光子探测器探测，相同频率模式的第一闲频光子和第二
闲频光子分别被一对单光子探测器探测后，产生的电脉冲信号进入对应的符合逻辑电路，
符合逻辑电路对输入的电脉冲信号进行模数转换、延迟与逻辑运算后完成贝尔态测量，输
出纠缠宣布信号，纠缠宣布信号进入第一多频道量子存储器1和第二多频道量子存储器7；

[0030] 第一频域宽带纠缠光源2和第二频域宽带纠缠光源6产生的频域宽带信号光子ωs分别进入第一多频道量子存储器1和第二多频道量子存储器7，第一多频道量子存储器1和
第二多频道量子存储器7根据输入的纠缠宣布信号产生并输出频率全同的纠缠光子对。

[0031] 上述实施例中，第一频域宽带纠缠光源2和第二频域宽带纠缠光源6输出的频域宽带信号光子ωs和频域宽带闲频光子ωi为纠缠光子对。由于纠缠光子对在宽的频率范围内
产生和输出，因而第一频域宽带纠缠光源2和第二频域宽带纠缠光源6可以高速率地输出纠
缠光子对。

[0032] 第一频域宽带纠缠光源2输出的频域宽带信号光子ωs输入第一多频道量子存储器1后，被通过滤波和波分复用过程变换为频域多模信号光子，然后被相干存储在第一多频
道量子存储器1中。该过程高速率地建立起第一多频道量子存储器1和第一频域宽带纠缠光
源2输出的频域宽带闲频光子ωi之间的量子纠缠。第二频域宽带纠缠光源6输出的频域宽
带信号光子ωs输入第二多频道量子存储器7后，被通过滤波和波分复用过程变换为频域多
模信号光子，然后被相干存储在第二多频道量子存储器7中。该过程高速率地建立起第二多
频道量子存储器7和第一频域宽带纠缠光源6输出的频域宽带闲频光子ωi之间的量子纠
缠。

[0033] 第一密集波分解复用器3和第二密集波分解复用器5拥有多个输出端口，通过滤波过程在不同输出端口输出不同频率模式的闲频光子；例如每个频域模式的带宽为6.5GHz，
模式之间的间隔为12.5GHz。

[0034] 光纤耦合器4用于使频域宽带纠缠光源2输出的频域宽带闲频光子与频域宽带纠缠光源6输出的频域宽带闲频光子发生双光子干涉。

[0035] n对单光子探测器81、91、82、92...8n、9n，n为正整数，用于探测输入光子，输出电脉冲信号；n个符合逻辑电路101、102…10n拥有2个及以上独立信号的输入通道，用于对输
入的电脉冲进行模数转换、延迟与逻辑运算后完成贝尔态测量，产生并输出纠缠宣布信号，
每个符合逻辑电路的两个输出端输出同样的纠缠宣布信号。当n个符合逻辑电路中任何一
个输出纠缠宣布信号时，光纤耦合器4输出的双光子的量子态为纠缠双光子态，根据纠缠交
换原理，该过程可以高速率地建立起第一多频道量子存储器1和第一多频道量子存储器7之
间的量子纠缠。

[0036] 第一多频道量子存储器1和第一多频道量子存储器7中相干存储的光子在设定的存储时间会释放出来，第一多频道量子存储器1和第一多频道量子存储器7会根据纠缠宣布
信号对释放出来的光子进行移频并输出，输出的光子具有频率全同性，该过程可以使第一
多频道量子存储器1和第一多频道量子存储器7高速率地输出频率全同纠缠光子对。

[0037] 可选地，如图2所示，第一多频道量子存储器1和第二多频道量子存储器7结构相同，包括第一激光源11、第一相位调制器12、强度调制器13、环形器14、制冷机温度下的掺铒
光波导15、密集波分复用器16、第三密集波分解复用器26、第二相位调制器17和移频电信号
产生模块18；

[0038] 第一激光源11依次通过第一相位调制器12和强度调制器13连接环形器14的第一端口，频域宽带信号光子ωs经过第三密集波分解复用器26输出n个频率模式的信号光子
ωs1、ωs2…ωsn，n个频率模式的信号光子ωs1、ωs2…ωsn经过密集波分复用器16输出频域
多模信号光子，频域多模信号光子经过制冷机温度下的掺铒光波导15连接环形器14的第二
端口，环形器14的第三端口连接第二相位调制器17的光学输入端，纠缠宣布信号通过移频
电信号产生模块18连接第二相位调制器17的电信号输入端，第二相位调制器17的输出端用
于输出频率全同光子。

[0039] 上述实施例中，第一激光源11用于提供稳定的激光，第一相位调制器12用于对第一激光源11输出的激光进行移频。具体地，在外加调制电信号的作用下，第一相位调制器12
中的电光晶体的折射率发生相应的改变，产生时变的附加相位，实现对激光的频移。强度调
制器13用于调制第一激光源11输出的激光的强度，产生脉冲激光。

[0040] 环形器14拥有三个端口，光由第一端口输入时，将从第二端口出射，光由第二端口输入时，将从第三端口出射，当强度调制器13输出的脉冲激光输入第一端口时，将从第二端
口输出并注入到制冷机温度下的掺铒光波导中，当制冷机温度下的掺铒光波导输出的光子
注入第二端口时，将从第三端口输出并进入到到相位调制器17中。

[0041] 制冷机温度下的掺铒光波导15为多频道量子存储器提供存储介质。当环形器14的第二端口的光注入掺铒光波导中时，可以在处于制冷机温度下磁场环境中的掺铒光波导中
制备出原子频率梳，原子频率梳可以对输入的频域多模信号光子实现相干存储，并在设定
的存储时间释放。制备原子频率梳的基本原理为：在制冷机温度下，由环形器14的第二端口
注入掺铒光波导的光可以对铒离子系综非均匀展宽的吸收谱进行频域周期性的持久烧孔，
从而在铒离子系综的吸收谱上获得由一系列频域周期性的间隔为Δ的吸收峰，这些吸收峰
组成原子频率梳。原子频率梳对输入的频域多模信号光子实现相干存储与释放的原理：入
射频域多模信号光子被原子频率梳吸收，从而使得原子频率梳中的铒离子均处于基态与激
iΩt 2 2
发态的相干叠加态α|g〉+βe |e〉，其中α和β为叠加系数，且满足|α|+|β|＝1，Ω为相干叠
加态中激发态相位随时间t线性变化的系数。由于处于不同梳齿中的铒离子具有不同的Ω，
因而在频域多模信号光子被吸收后，原子频率梳中产生的宏观极化会迅速减弱，原子频率
梳不会对外释放光子，直到t＝2π/Δ时，不同梳齿中的铒离子所处相干叠加态中激发态将
获得相同的相位。此时，原子频率梳会再度产生强的宏观极化，对外释放出多模信号光子。
通过设定Δ即可设定存储时间。

[0042] 例如，在制冷机温度为9.5mK下，使用中心波长为1532nm的光纤耦合连续激光器作为第一激光源11，使用铌酸锂作为电光晶体的相位调制器作为第一相位调制器，通过给第
一相位调制器外加线性调频电信号，可以实现入射激光在1GHz‑5 GHz范围内的移频。使用
工作波长范围为1520nm～1580nm、消光比为60dB、插入损耗为3dB的声光调制器作为强度调
制器，可以将入射激光调制成脉冲宽度为500ms，重复周期为10s的脉冲光。使用光纤环形器
作为环形器14，其工作波长为1532nm，隔离度大于40dB，插入损耗为1dB，回波损耗大于
50dB，环形器第二端口的输出光进入位于180G磁场环境中的掺铒光纤中(铒离子掺杂浓度
为200ppm)，可以制备出梳齿间隔200MHz、梳齿宽度100MHz、总带宽为5GHz的原子频率梳，如
图4所示。图4中，横坐标为原子频率梳中铒离子的吸收频率相对于第一激光源11输出激光
频率的失谐量，纵坐标为原子频率梳的光学厚度。该原子频率梳可以对入射的频域多模信
号光子实现存储时间为5ns的相干存储。

[0043] 第三密集波分解复用器26拥有多个输出端口，通过滤波过程在不同输出端口输出不同频率模式的信号光子；例如每个频域模式的带宽为6.5GHz，模式之间的间隔为
12.5GHz；密集波分复用器16拥有多个输入端口，不同输入端口输入不同频率模式的信号光
子，通过波分复用过程输出一路频域多模信号光子。

[0044] 第一和第二多频道量子存储器中的移频电信号产生模块根据输入的纠缠宣布信号的通道编号Hi(i＝1,2,……n)产生移频量不同的移频电信号，该电信号输入第一和第二
多频道量子存储器中的第二相位调制器17，第二相位调制器根据移频电信号将输入的光子
进行移频，使其输出的光子在频域具有全同性，即输出频率全同的光子。例如，移频电信号
为线性调频电信号，根据纠缠宣布信号的通道编号产生具有不同斜率的线性调频电信号，
不同斜率的线性调频电信号对应的移频量不同，从而使得第二相位调制器中输入的不同频
率模式的光子经历不同移频量的移频，成为频率全同光子。

[0045] 可选地，如图3所示，第一频域宽带纠缠光源2和第二频域宽带纠缠光源6的结构相同，包括第二激光源19、光放大器20、偏振控制器21、可调光衰减器22、带通滤波器27、非线
性光学介质23、陷波滤波器24和波长选择装置25；

[0046] 第二激光源19依次通过光放大器20、偏振控制器21、可调光衰减器22、带通滤波器27、非线性光学介质23、陷波滤波器24连接波长选择装置25的输入端，波长选择装置25分别
输出频域宽带闲频光子ωi和频域宽带信号光子ωs。

[0047] 上述实施例中，第二激光源19用于提供稳定的泵浦光，例如为光纤耦合半导体激光器，提供中心波长为1500nm～1570nm的泵浦光。

[0048] 光放大器20用于放大泵浦光，实现提升泵浦光功率的功能，工作波长范围为1528nm～1566nm。例如连续的中心波长为1540nm，平均功率为0.92mW的泵浦光经过光放大
器后，其平均功率提升到4.5mW。

[0049] 偏振控制器21用于操控泵浦光的偏振方向，以保证进入非线性光学介质23的泵浦光为平行于非线性光学介质偏振主轴的线偏振光。例如使用偏振控制器将直流泵浦光的偏
振方向调节为与周期性极化铌酸锂晶体偏振主轴平行。

[0050] 可调光衰减器22用于调节进入非线性光学介质23的直流激光的功率，通过调节旋钮等方式可以精确地实现所需的泵浦光功率。例如直流激光经过掺铒光纤放大器后输出
4.5mW的功率，通过调节衰减器将进入到周期性极化铌酸锂晶体的激光功率降低到3.73mW。

[0051] 带通滤波器(27)用于滤除光放大器中产生的放大自发辐射噪声和泵浦光在传播过程中产生的自发拉曼散射噪声。

[0052] 非线性光学介质23用于产生光学非线性参量过程，生成宽带纠缠光子对。例如，非线性光学介质为周期性极化铌酸锂晶体，且中心波长为1540nm的连续泵浦光沿周期极化铌
酸锂晶体的偏振主轴入射时，晶体中的光学倍频过程将1540nm泵浦光转换为770nm波段的
激光，770nm激光通过0型‑自发参量下转换过程产生波长在以1540nm为中心，且在很大的带
宽范围内分布的能量‑时间纠缠光子对。

[0053] 陷波滤波器24用于滤除泵浦光，例如使用透射端中心波长位于1540nm的单通道密集波分解复用器作为陷波滤波器，可以将波长为1540nm的泵浦光从陷波滤波器的透射端输
出，而纠缠光子对从陷波滤波器的反射端输出，即滤除了泵浦光。

[0054] 波长选择装置25用于选择、分离并输出关联光子对中的频域宽带信号光子和频域宽带闲频光子。例如使用透射端中心波长位于1549nm和1531nm，通道带宽为100GHz的双通
道密集波分解复用器作为波长选择装置，可以分别选择出中心波长位于1549nm和1531nm，
带宽为100GHz的信号光子和闲频光子，将它们分别从两个透射端输出。

[0055] 可选地，所述单光子探测器为半导体雪崩探测器或超导纳米线单光子探测器。

[0056] 上述实施例中，所述单光子探测器还可以为基于频率上转换技术的单光子探测器。

[0057] 可选地，所述激光源为固体激光器、气体激光器、半导体激光器或染料激光器。

[0058] 可选地，所述相位调制器为以KDP晶体或铌酸锂晶体作为电光晶体的相位调制器。

[0059] 可选地，所述制冷机温度下的掺铒光波导15为掺铒铌酸锂晶体波导、掺铒光纤或掺铒硅酸钇晶体波导。

[0060] 可选地，所述偏振控制器21为玻片型偏振控制器或光纤环型偏振控制器。

[0061] 可选地，所述非线性光学介质23为周期性极化的铌酸锂晶体、周期性极化的磷酸氧钛钾晶体或周期性极化的偏硼酸钡晶体。

[0062] 可选地，所述强度调制器13为基于声光效应或电光效应的强度调制器。

[0063] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第
一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”
的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0064] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0065] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。