集成光源和控制非門光量子計(jì)算芯片及采用其的教學(xué)系統(tǒng)
1.本發(fā)明涉及量子計(jì)算與量子光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及多種光量子計(jì)算控制非門芯片設(shè)計(jì)，特別涉及一種集成光源和控制非門(cnot)的光量子計(jì)算芯片及采用其的教學(xué)系統(tǒng)，適用于光量子計(jì)算、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2.光子具有操作速度快、單比特操縱簡單精確、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)勢，并可為遠(yuǎn)程的原子和固態(tài)量子系統(tǒng)之間提供量子接口。大型光量子計(jì)算和模擬的實(shí)現(xiàn)，將解決若干經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法勝任的計(jì)算問題，對人類社會(huì)產(chǎn)生深刻影響。近年來，許多大型高科技公司強(qiáng)勢介入量子計(jì)算，對該領(lǐng)域的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。因此，對該方向的人才培養(yǎng)也需要在大學(xué)階段盡早訓(xùn)練。但由于該方向融合了眾多學(xué)科，研究設(shè)備昂貴，技術(shù)人員短缺等原因，目前各個(gè)高校對量子計(jì)算方面的實(shí)驗(yàn)缺少專業(yè)的設(shè)備。因此，設(shè)計(jì)若干量子計(jì)算教學(xué)系統(tǒng)是非常必要且急需研制的。
3.在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)中至少存在如下問題：
4.(1)光學(xué)量子邏輯門早已在多種方案下獲得實(shí)現(xiàn)，如依靠全線性光學(xué)器件、單光子源和光子探測器可以實(shí)現(xiàn)非確定性的控制相位門，并可以通過量子隱形傳態(tài)提高成功率，但需要消耗大量器件資源并且需要非常高的器件精度；
5.(2)基于四波混頻的光源要做到頻率簡并非常復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)四波混頻頻率簡并，必須通過兩個(gè)波長不同的激光同時(shí)激發(fā)非線性材料，同時(shí)滿足相位匹配條件。這一方面會(huì)增加成本，另一方面技術(shù)難度較大，且存在布拉格散射、單邊激發(fā)等問題，降低光子全同性。
6.因此，亟需一種降低器件資源消耗并可以解決四波混頻的光源需要進(jìn)行頻率簡并的問題的光量子計(jì)算芯片。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
7.有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種集成光源和控制非門的光量子計(jì)算芯片及采用其的教學(xué)系統(tǒng)，以期部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。
8.為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一方面，提供了一種集成光源和控制非門的光量子計(jì)算芯片，所述芯片包括相干激發(fā)光源、單比特門、控制非門線路和探測模塊；其中，
9.所述相干激發(fā)光源發(fā)射兩個(gè)光子，通過兩個(gè)所述單比特門制備任意單比特態(tài)光子，輸入到所述控制非門線路中，經(jīng)過所述控制非門線路后由所述探測模塊進(jìn)行探測。
10.其中，所述芯片將相干激發(fā)光源、單比特門和控制非門線路部分進(jìn)行集成，或?qū)⑾喔杉ぐl(fā)光源、單比特門、控制非門線路和探測模塊全部集成在半導(dǎo)體芯片上。
11.其中，所述相干激發(fā)光源采用硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、氮化硅微腔結(jié)構(gòu)或周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
12.其中，周期性極化鈮酸鋰材料吸收兩個(gè)頻率為ω0的光子，發(fā)射頻率分別為ω1和ω2的信號光和閑頻光；采用兩個(gè)光源進(jìn)而產(chǎn)生2對光子，每對光子中的一個(gè)光子會(huì)直接送
入探測模塊，作為預(yù)報(bào)單光子；而頻率相同的兩個(gè)光子會(huì)被送入線路實(shí)現(xiàn)控制非門的操作。
13.其中，所述單比特門和所述控制非門線路共同形成光量子邏輯門。
14.其中，所述控制非門線路包括分束器和移相器，分束器的分束比和移相器的相位需要任意可調(diào)，以用于實(shí)現(xiàn)么正變換。
15.其中，所述移相器的位移的改變是通過局部改變波導(dǎo)中的移相器溫度控制波導(dǎo)折射率來實(shí)現(xiàn)的；所述分束器的分束比是通過馬赫曾德干涉儀來改變的。
16.其中，所述探測模塊包括集成的超導(dǎo)納米線單光子探測器或通過光柵耦合器連接光纖到片外的光子數(shù)探測器。
17.作為本發(fā)明的另一方面，提供了一種教學(xué)系統(tǒng)，其中，包括如上所述的光量子計(jì)算芯片。
18.其中，所述教學(xué)系統(tǒng)還包括教學(xué)控制系統(tǒng)，所述教學(xué)控制系統(tǒng)用于控制所述控制非門線路中移相器的相移。
19.基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的集成光源和控制非門的光量子計(jì)算芯片及采用其的教學(xué)系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)至少具有如下有益效果之一：
20.(1)本發(fā)明通過片上集成光源和控制非門可以避免進(jìn)行復(fù)雜的四波混頻頻率簡并，同時(shí)，片上集成的途徑具有集成度高，工作條件穩(wěn)定，低成本等優(yōu)勢。
21.(2)通過片上集成光源、低損耗集成光學(xué)元件和光學(xué)鍍膜的方法，這種光量子芯片可以達(dá)到較低光學(xué)損耗；
22.(3)滿足從輸入模式準(zhǔn)直器到收光耦合器具有相等的光程，即每個(gè)收光耦合器能夠具有接近相同的耦合收集效率；
23.(4)cnot門輸出連接光子數(shù)探測器，結(jié)合輸入端連接光源和單比特門，可以實(shí)現(xiàn)cnot門演示性操作實(shí)驗(yàn)和糾纏態(tài)制備和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)；
24.(5)具有任意可編程的單比特門和cnot門，通過cnot門輸出端連接光子數(shù)非破壞性探測器，可以根據(jù)特定需要連接實(shí)現(xiàn)可編程普適量子計(jì)算芯片；
25.(6)cnot門操作可以通過調(diào)節(jié)分束器反射分束比為1取消，增加了刻蝕后芯片的可編程性。
附圖說明
26.圖1示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的相干激發(fā)光源、控制非門線路、單光子探測模塊和控制系統(tǒng)耦合示意圖；
27.圖2示意了四波混頻過程原理和根據(jù)本公開實(shí)施例的基于硅的預(yù)報(bào)單光子源示意圖；
28.圖3示意了路徑編碼的單光子比特門和根據(jù)本公開實(shí)施例的通過分束器和移相器實(shí)現(xiàn)的單比特門線路示意圖；
29.圖4示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的馬赫曾德干涉儀線路示意圖；
30.圖5示意了控制非門原理圖和根據(jù)本公開實(shí)施例的控制非門線路示意圖；
31.圖6示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的集成超導(dǎo)納米線單光子探測器和外接單光子探測器示意圖；
32.圖7示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的基于硅波導(dǎo)預(yù)報(bào)單光子源的控制非門芯片教學(xué)系
統(tǒng)；
33.圖8示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的基于氮化硅微腔預(yù)報(bào)單光子源的控制非門芯片教學(xué)系統(tǒng)；
34.圖9示意了自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程和周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)示意圖；
35.圖10示意了根據(jù)本公開實(shí)施例的基于周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)預(yù)報(bào)單光子源的控制非門芯片教學(xué)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
36.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
37.本設(shè)計(jì)的控制非門芯片教學(xué)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，相干激發(fā)光源發(fā)射兩個(gè)制備到路徑編碼|0》的光子，通過兩個(gè)單比特門可以制備控制非門輸入端口的任意單比特態(tài)輸入。經(jīng)過控制非門后由單光子探測模塊進(jìn)行探測，控制非門線路中移相器的相移可以通過控制系統(tǒng)控制。其中光源部分可通過圖2所示的四波混頻或者參量下轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)。
38.通過任意單比特門和控制非門(c-not)可以實(shí)現(xiàn)普適量子邏輯門。如圖3，光子比特編碼在兩路徑上，為實(shí)現(xiàn)任意幺正變換需要分束器的分束比和移相器的相位可以任意調(diào)節(jié)。通過局部改變波導(dǎo)中的移相器溫度控制波導(dǎo)折射率，從而實(shí)現(xiàn)相位的改變。分束器的分束比則是通過一個(gè)馬赫曾德干涉儀(mach zehnder interferometer,mzi)來改變。如圖4所示，干涉儀包括兩個(gè)50:50分束器，其中一條干涉臂上加有au/ti的加熱電極，在通過電流后，干涉儀兩條路徑之間的相位會(huì)改變，從而改變輸出口的出光強(qiáng)度，達(dá)到分束比可調(diào)的目的。忽略全局相位，移相器相當(dāng)于rz單比特門，馬赫曾德干涉儀相當(dāng)于ry單比特門，因此圖3(ii)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對單個(gè)光子比特的任意單比特門操作。
39.圖5(i)為實(shí)現(xiàn)控制非門(cnot)的集成光路連接，圖5(ii)為實(shí)現(xiàn)控制非門的光路原理圖，其中三個(gè)分束器的反射分束比為1/3，兩個(gè)分束器的反射分束比為1/2。為了實(shí)現(xiàn)光路的可編程和準(zhǔn)確調(diào)控，同樣使用馬赫曾德干涉儀來實(shí)現(xiàn)分束比可調(diào)的分束器，實(shí)際光路如圖5(iii)所示。
40.通過單比特幺正變換可以實(shí)現(xiàn)對于cnot線路輸入態(tài)的控制。cnot線路c、t兩路輸出可以通過集成的超導(dǎo)納米線單光子探測器探測，也可以通過光柵耦合器連接光纖到片外的光子數(shù)探測器。當(dāng)cnot線路c路輸出和t路輸出各探測到一個(gè)光子時(shí)cnot操作成功，成功概率為1/9，探測器外接電子控制器件，可以顯示cnot操作是否成功并且進(jìn)行后續(xù)的輸出和計(jì)數(shù)。
41.本發(fā)明提供了基于傳統(tǒng)cmos工藝的硅基、si3n4以及激光直寫的鈮酸鋰集成cnot芯片。該芯片將光源、線路部分進(jìn)行集成，或?qū)⒐庠础⒕€路和探測部分全部集成在半導(dǎo)體芯片上。其中光源部分可以通過多種材料實(shí)現(xiàn)。本專利提供了利用si或si3n4的微腔或波導(dǎo)中通過四波混頻的過程提供單光子。如圖2(i)所示，材料吸收兩個(gè)頻率為ω0的光子，發(fā)射頻率分別為ω1和ω2的信號光和閑頻光。由于采用了兩個(gè)光源，因此光源可以產(chǎn)生2對光子。實(shí)驗(yàn)時(shí)，每對光子中的一個(gè)光子會(huì)直接送入探測器，當(dāng)做預(yù)報(bào)單光子；而頻率相同的兩個(gè)光子會(huì)被送入線路實(shí)現(xiàn)cnot操作。這種設(shè)計(jì)的好處在于不用產(chǎn)生頻率簡并的光子對，極大的降
低了對光源的要求。
42.圖2(ii)所示為基于波導(dǎo)的光源部分，光源的輸入輸出由光柵耦合，此光源設(shè)計(jì)適合基于硅的波導(dǎo)。然而，一種更好的設(shè)計(jì)是基于硅或者氮化硅微環(huán)腔的四波混頻光源。該設(shè)計(jì)可以天然的達(dá)到相位匹配條件，且光子相干長度可達(dá)毫米甚至厘米級別。泵浦光輸入由50:50的分束器耦合到兩個(gè)模式的波導(dǎo)中，通過在低階模式一路加適當(dāng)?shù)南辔谎舆t可以提高出射光子純度；環(huán)形結(jié)構(gòu)是為了節(jié)省空間，同時(shí)增加出射光子純度和轉(zhuǎn)換效率，并且出射光子會(huì)直接耦合到波導(dǎo)中。相干激發(fā)多個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)的光源可以保持很高的光子不可分辨性。冗余的激發(fā)光由方向耦合器和波導(dǎo)導(dǎo)出芯片，避免影響整個(gè)芯片的穩(wěn)定性。
43.由于產(chǎn)生的下轉(zhuǎn)換光子直接耦合到波導(dǎo)中，自身的效率極高。為了得到高的預(yù)報(bào)效率，我們一種方法是將產(chǎn)生的光子通過波導(dǎo)耦合到單模光纖(或多模光纖)中，預(yù)報(bào)效率可高達(dá)80％以上。另一種方法是直接在芯片上生長超導(dǎo)納米線單光子探測器，整個(gè)芯片在～2k溫度下運(yùn)行，預(yù)計(jì)預(yù)報(bào)效率能達(dá)到95％以上。
44.周期性極化鈮酸鋰材料可以發(fā)生準(zhǔn)相位匹配的二階自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換非線性過程，由于二階非線性系數(shù)通常比三階非線性系數(shù)高很多，此過程比三階的自發(fā)四波混頻過程更容易發(fā)生，相同泵浦激光功率下可以得到壓縮系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅基、氮化硅等材料的壓縮真空態(tài)。通過二階自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程，周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)可以制成高預(yù)報(bào)效率、高純度、高不可分辨性的單光子源。如圖9(i)，頻率為ω0的光子通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)化為ω1和ω2的信號光和閑頻光。鈮酸鋰是鐵電晶體，每一個(gè)晶胞單元的電偶極矩取向取決于該單元中鈮和鋰離子的位置。通過強(qiáng)電場可以反轉(zhuǎn)晶體結(jié)構(gòu)，從而可以制成周期性排列的極化鈮酸鋰晶體。如圖9(ii)所示周期性鈮酸鋰波導(dǎo)。
45.本設(shè)計(jì)通過周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高效率的預(yù)報(bào)單光子源。基于周期性鈮酸鋰波導(dǎo)預(yù)報(bào)單光子源的集成量子線路如圖10所示。
46.實(shí)施例1
47.在本發(fā)明的實(shí)施例1中，提供了一種基于硅光源的集成小型化光量子控制非門芯片教學(xué)系統(tǒng)，該集成光量子控制非門芯片集成了相干激發(fā)的預(yù)報(bào)單光子源、集成控制非門線路、單光子探測器模塊和教學(xué)控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于光量子控制非門演示教學(xué)，bell態(tài)制備和檢驗(yàn)教學(xué)演示。
48.在本實(shí)施例中，如圖1所示，包括兩個(gè)相干激發(fā)的預(yù)報(bào)單光子源，兩個(gè)用于制備cnot門輸入的單比特門線路，cnot門線路和單光子探測和控制系統(tǒng)。
49.在本實(shí)施例中，如圖2所示，泵浦脈沖激光通過分束器分束相干激發(fā)兩個(gè)硅波導(dǎo)預(yù)報(bào)單光子源，通過硅波導(dǎo)中三階非線性的四波混頻過程，產(chǎn)生信號光和閑頻光子對作為cnot線路輸入和預(yù)報(bào)光子。冗余的背景激發(fā)光會(huì)由波導(dǎo)導(dǎo)出芯片以避免引起噪聲影響。圖2(i)為四波混頻過程，圖2(ii)為硅波導(dǎo)預(yù)報(bào)單光子源。
50.在本實(shí)施例中，光源輸出的光子態(tài)為|0》態(tài)，為實(shí)現(xiàn)任意比特的cnot門端口輸入，需要在光源和cnot輸入端口之間接入單比特控制門，如圖3(i)所示。可以證明，移相器可以對單光子路徑編碼比特施加一個(gè)rz旋轉(zhuǎn)操作，
[0051][0052]
其中，u
p
表示移相器對光子比特的幺正變換，θ1表示移相器使光子上面一路相對下
面一路的相移，rz(-θ1)是量子比特旋轉(zhuǎn)算符，使量子比特在bloch球面上繞z軸旋轉(zhuǎn)-θ1度。
[0053]
馬赫曾德干涉儀可以對單光子路徑編碼比特施加一個(gè)ry旋轉(zhuǎn)操作，
[0054][0055]
其中，um表示馬赫曾德干涉儀對光子比特的幺正變換，θ2表示馬赫曾德干涉儀中移相器使光子上面一路相對下面一路的相移，ry(θ2)是量子比特旋轉(zhuǎn)算符，使量子比特在bloch球面上繞y軸旋轉(zhuǎn)θ2度。
[0056]
經(jīng)圖3(ii)所示線路可以將光子路徑編碼比特制備到任意的態(tài)上。馬赫曾德干涉儀如圖4所示。
[0057]
在本實(shí)施例中，如圖5所示，控制非門(cnot門)由三個(gè)分束比為1/3和兩個(gè)分束比為1/2的分束器組成，當(dāng)控制比特(control bit)輸出端口c和目標(biāo)比特(target bit)輸出端口同時(shí)各接收到一個(gè)光子信號時(shí)，控制非門操作成功，計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)記錄此次計(jì)數(shù)，否則控制非門操作失敗，丟棄此次計(jì)數(shù)。
[0058]
在本實(shí)施例中，單光子探測器可以由直接集成到片上的超導(dǎo)納米線單光子探測器組成，也可以通過光柵耦合器耦合到光纖中，連接到片外的單光子探測器中進(jìn)行探測。圖6(i)為超導(dǎo)納米線單光子探測器示意圖，圖6(ii)為外接片外單光子探測器示意圖。
[0059]
在本實(shí)施例中，如圖7所示，相干激發(fā)光源、cnot操作線路，單光子探測器如圖示方式連接。調(diào)節(jié)控制非門線路中各分束器的分束比，并通過改變單比特門線路各移相器相移改變cnot門線路輸入態(tài)，觀察輸出端口的計(jì)數(shù)，進(jìn)行cnot門演示性操作教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
[0060]
實(shí)施例2
[0061]
在本實(shí)施例中，光源部分與實(shí)施例1相比改用氮化硅微腔結(jié)構(gòu)，在微腔中發(fā)生四波混頻過程產(chǎn)生信號光子和閑頻光子對，作為cnot門輸入和預(yù)報(bào)光子。如圖8所示，相干激發(fā)的氮化硅微腔光源、cnot門線路和單光子探測模塊按如圖方式連接。調(diào)節(jié)控制非門線路中各分束器的分束比，并通過改變單比特門線路各移相器相移改變cnot門線路輸入態(tài)，觀察輸出端口光子計(jì)數(shù)，進(jìn)行cnot門線路演示性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)施案例中，探測器也可分為片上集成型或者外接型兩種。
[0062]
實(shí)施例3
[0063]
在本實(shí)施例中，光源部分與實(shí)施例1相比改用周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)中會(huì)發(fā)生準(zhǔn)相位匹配的二階非線性的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程，如圖9(i)所示，頻率為ω0的光子通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)化為ω1和ω2的信號光和閑頻光，作為cnot門線路的輸入光子和預(yù)報(bào)光子。鈮酸鋰是鐵電晶體，每一個(gè)晶胞單元電偶極矩取向取決于該單元中鈮和鋰離子的位置。通過強(qiáng)電場可以反轉(zhuǎn)晶體結(jié)構(gòu)，從而可以制成周期性排列的極化鈮酸鋰晶體。如圖9(ii)所示周期性鈮酸鋰波導(dǎo)。
[0064]
在本實(shí)施例中，按照圖10方式連接相干激發(fā)的周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)預(yù)報(bào)光源、cnot門線路和單光子探測模塊。調(diào)節(jié)控制非門線路中個(gè)分束器的分束比，并通過改變單比特門線路各移相器相移改變cnot門線路輸入態(tài)，觀察輸出端口光子計(jì)數(shù)，進(jìn)行cnot門線路演示性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
[0065]
需要說明的是，實(shí)施例和圖2僅僅展示一種等效單比特量子邏輯門線路，馬赫曾德
干涉儀和移相器數(shù)目及連接方式不限于本實(shí)施例，即制備cnot門線路輸入態(tài)的單比特門線路不限于本實(shí)施例。
[0066]
對所公開的實(shí)施例，本發(fā)明的多模式光量子邏輯門線路具有所有模式全連通的特點(diǎn)，即能實(shí)現(xiàn)所有模式間的干涉。
[0067]
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.一種集成光源和控制非門的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述芯片包括相干激發(fā)光源、單比特門、控制非門線路和探測模塊；其中，所述相干激發(fā)光源發(fā)射兩個(gè)光子，通過兩個(gè)所述單比特門制備任意單比特態(tài)光子，輸入到所述控制非門線路中，經(jīng)過所述控制非門線路后由所述探測模塊進(jìn)行探測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述芯片將相干激發(fā)光源、單比特門和控制非門線路部分進(jìn)行集成，或?qū)⑾喔杉ぐl(fā)光源、單比特門、控制非門線路和探測模塊全部集成在半導(dǎo)體芯片上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述相干激發(fā)光源采用硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、氮化硅微腔結(jié)構(gòu)或周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，周期性極化鈮酸鋰材料吸收兩個(gè)頻率為
ω0
的光子，發(fā)射頻率分別為
ω1
和
ω2
的信號光和閑頻光；采用兩個(gè)光源進(jìn)而產(chǎn)生2對光子，每對光子中的一個(gè)光子會(huì)直接送入探測模塊，作為預(yù)報(bào)單光子；而頻率相同的兩個(gè)光子會(huì)被送入線路實(shí)現(xiàn)控制非門的操作。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述單比特門和所述控制非門線路共同形成光量子邏輯門。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述控制非門線路包括分束器和移相器，分束器的分束比和移相器的相位需要任意可調(diào)，以用于實(shí)現(xiàn)么正變換。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述移相器的位移的改變是通過局部改變波導(dǎo)中的移相器溫度控制波導(dǎo)折射率來實(shí)現(xiàn)的；所述分束器的分束比是通過馬赫曾德干涉儀來改變的。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光量子計(jì)算芯片，其特征在于，所述探測模塊包括集成的超導(dǎo)納米線單光子探測器或通過光柵耦合器連接光纖到片外的光子數(shù)探測器。9.一種教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的光量子計(jì)算芯片。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述教學(xué)系統(tǒng)還包括教學(xué)控制系統(tǒng)，所述教學(xué)控制系統(tǒng)用于控制所述控制非門線路中移相器的相移。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種集成光源和控制非門的光量子計(jì)算芯片，所述芯片包括相干激發(fā)光源、單比特門、控制非門線路和探測模塊；其中，所述相干激發(fā)光源發(fā)射兩個(gè)光子，通過兩個(gè)所述單比特門制備任意單比特態(tài)光子，輸入到所述控制非門線路中，經(jīng)過所述控制非門線路后由所述探測模塊進(jìn)行探測。本發(fā)明通過片上集成光源和控制非門可以避免進(jìn)行復(fù)雜的四波混頻頻率簡并，同時(shí)，片上集成的途徑具有集成度高，工作條件穩(wěn)定，低成本等優(yōu)勢。低成本等優(yōu)勢。低成本等優(yōu)勢。
