CN110389406B - 一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法 - Google Patents

一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法。其中，波导组件包括：长臂波导与短臂波导，所述长臂波导与所述短臂波导相连，所述长臂波导与所述短臂波导满足第一预设条件，所述第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，所述第一乘积为所述长臂波导的热光系数与所述长臂波导的臂长之间的乘积，所述第二乘积为所述短臂波导的热光系数所述短臂波导的臂长之间的乘积。本申请提供的波导组件可以避免温度改变对量子比特的编码或解码造成的影响。

Description

一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法。
背景技术
量子通信，是指在不同的网络节点中，对量子比特(量子信息的基本计算单位)进行传输、交换以及分析的技术。量子通信的主要应用之一就是量子加密(quantumcryptography)，也称为量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)。QKD的安全性基于最根本的物理定律，即量子力学定律，其为密钥分发提供了“无条件的安全性”。
在波导传输量子比特时，可以基于不同维度对量子比特进行编码，比如光子的偏振，轨道角动量，到达时间等。其中，时间编码(time-bin encoding)受外界干扰最小，因此是目前QKD实际应用最广泛的一种编码形式。通常，时间编码使用不等臂马赫曾德干涉仪(asymmetric mach–zehnderinterferometer，AMZI)来实现。具体的，单个光子在通过AMZI的入射分束器后，在量子力学的描述中，可同时走一长一短两条路，长的路被称为长臂，短的路被称为短臂。光子在通过长臂和短臂之后，在出射分束器汇合，两臂的光程差会引起光子传播的时间差，因此，在出射端口光子处在早晚两个时间区间的叠加态为：
Figure BDA0001630974240000011
其中，|0>代表光子处在较早的时间区间，|1>代表光子处在较晚的时间区间，θ为两臂相位差。
使用基于集成光芯片的不等臂马赫曾德干涉仪可提高QKD编码和解码的稳定性，减少器件尺寸，并降低成本。然而在基于集成光芯片的不等臂马赫曾德干涉仪中，光子经历的相位的改变与波导的长度和有效折射率(neff)相关。由于波导的有效折射率会随着温度变化而改变，因此，如果芯片发生温度改变，长短两路的光脉冲也会经历不同的相位改变，而由该温度改变引起的相位改变会对量子比特的编码或解码造成影响。
发明内容
本申请所要解决的技术问题在于，如何避免温度改变对量子比特的编码或解码造成的影响。
本申请实施例第一方面公开了一种波导组件，包括：长臂波导与短臂波导，该长臂波导与该短臂波导相连；其中，该长臂波导与该短臂波导满足第一预设条件，该第一预设条件为该长臂波导的热光系数与该长臂波导的臂长之间的乘积，与该第二乘积为该短臂波导的热光系数该短臂波导的臂长之间的乘积相等。
由于两臂由温度改变引起的相位差是根据温度改变值、第一乘积与第二乘积之间的差值确定的。温度改变值与相位差成正比，成正比的系数根据该第一乘积与第二乘积的差值确定。而通过实施上述第一方面的实施方式，使波导组件中的长臂波导和短臂波导满足第一预设条件，也即，使第一乘积与第二乘积的差值为0，这样，温度差的值无论是多少，相位差也为0，从而可以避免温度改变对相位差造成的影响，相位差就不会对量子比特的编码或解码造成的影响。也即，可以避免由于温度改变对量子比特的编码或解码造成的影响。
作为一种可行的实施方式，该长臂波导与该短臂波导满足第二预设条件，该第二预设条件为第一比值与第二比值之间的差值为预设时间差，该第一比值为该长臂波导的臂长与该长臂波导的群速度之间的比值，该第二比值为该短臂波导的臂长与该短臂波导的群速度之间的比值。其中，该预设时间差用于对在该波导组件中传输的量子比特进行时间编码与解码。
由于通过该波导组件满足第一预设条件，可以确定出关于长臂波导和短臂波导的多组参数集合，虽然根据任意一组参数集合设计出的波导组件可以避免由于温度改变对量子比特的编码或解码造成的影响，但在利用该波导组件进行时间编码的过程中，其中有一部分参数集合可能会导致时间编码或解码的结果存在偏差(时间编码或解码过程中需要通过预设时间差来对量子比特进行编码或解码，该预设时间差与波导组件的参数集合存在对应关系)。而通过实施上述可行的实施方式，进一步确定出同时满足第一预设条件以及第二预设条件的参数集合，使得波导组件既能抵消由于温度改变而引起的相位差，又能根据该预设时间差对在该波导组件中传输的量子比特进行时间编码与解码，可以提高量子比特进行时间编码和解码的正确率。
作为一种可行的实施方式，该长臂波导的臂长为满足该第一预设条件以及该第二预设条件的最小的长臂波导的臂长。
由于该波导组件的尺寸通常由长臂波导的臂长值决定，因此，通过将长臂波导的臂长设定为满足该第一预设条件以及该第二预设条件的最小的长臂波导的臂长，可以减小波导组件的尺寸，节省波导组件的材料以及降低波导组件的体积。
作为一种可行的实施方式，该短臂波导和长臂波导的结构包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。
作为一种可行的实施方式，该长臂波导和短臂波导的材料包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种。
可见，通过实施上述可行的实施方式，使用上述结构和材料，可以丰富波导组件材料和结构的选择空间。同时，使用上述材料还可以与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺这一传统制作工艺相兼容，进一步减小了波导组件制作的难度。
第二方面，本申请实施例提供了一种不等臂马赫曾德干涉仪，包括：输入波导、入射分束器、波导组件、出射分束器以及输出波导；其中，该输入波导与该入射分束器一端相连，该入射分束器另一端与该波导组件一端相连，该波导组件另一端与该出射分束器一端相连，该出射分束器另一端与该输出波导相连。
其中，该不等臂干涉仪中的波导组件包括如上述第一方面或者第一方面可能的实施方式中的任意一种波导组件的实现形式。
第三方面，本申请实施例提供了参数确定方法，该方法包括：计算设备接收输入的第一波导的材料、结构以及该第二波导的材料、结构，并根据该第一波导的材料、结构确定该第一波导的热光系数，以及根据该第二波导的材料、结构确定该第二波导的热光系数，最后根据该第一波导的热光系数、该第二波导的热光系数以及第一预设条件确定目标参数组合，该目标参数组合包括该第一波导的臂长以及该第二波导的臂长的组合。
其中，该第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，该第一乘积为该第一波导的热光系数与该第一波导的臂长之间的乘积，该第二乘积为该第二波导的热光系数与所第二波导的臂长之间的乘积。
其中，该第一波导以及该第二波导为长臂波导或短臂波导，且该第一波导不同于该第二波导。
可见，通过实施上述第三方面的实施方式，计算设备可以根据第一波导以及第二波导各自对应的结构和材料，提供给波导组件设计者一些可行的关于臂长的参数组合，可以简化设计的难度，提高波导组件设计的智能化和自动化程度。
作为一种可行的实施方式，该计算设备还可以根据该第一波导的材料、结构确定该第一波导的群速度；根据该第二波导的材料、结构确定该第二波导的群速度。其中，该目标参数组合还满足第二预设条件，该第二预设条件为第一比值与第二比值之间的差值为预设时间差，该第一比值为该第一波导的臂长与该第一波导的群速度之间的比值，该第二比值为该第二波导的臂长与该第二波导的群速度之间的比值。
可见，通过实施上述可行的实施方式，该计算设备通过使长臂波导与短臂波导满足第二预设条件来预设时间差，可以保证时间编码和解码的顺利进行，进一步提高了该长臂波导和短臂波导的设计合理性。
作为一种可行的实施方式，在该第一波导为短臂波导时，该计算设备还可以从该目标参数集合中选取该第二波导的臂长最小值，并输出该第二波导的臂长最小值对应的参数组合。
由于一个波导组件的尺寸通常由长臂波导的臂长值决定，因此，该计算设备通过将长臂波导的臂长设定为满足该第一预设条件以及该第二预设条件的最小的长臂波导的臂长，可以设计出尺寸较小的波导组件，节省波导组件的材料以及降低波导组件的体积。
作为一种可行的实施方式，该第一波导和该第二波导的材料包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种。
作为一种可行的实施方式，该第一波导和该第二波导的结构包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。
可见，通过实施上述可行的实施方式，该计算设备通过提供波导组件材料和结构的各种选择，可以丰富波导组件设计者的在设计过程中的选择空间。同时，上述材料还可以与CMOS工艺这一传统制作工艺相兼容，也可以减小后续的波导组件制作过程中的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请实施例提供的一种外部温度调控系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种波导组件的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种波导的折射率构成示意图；
图4a是本申请实施例提供的一种条形结构波导的结构示意图；
图4b是本申请实施例提供的一种沟槽型结构波导的结构示意图；
图5a是本申请实施例提供的一种波导宽度w1与热光系数K的对应关系图；
图5b是本申请实施例提供的一种波导宽度w1与群速度折射率ng的对应关系图；
图5c是本申请实施例提供的一种沟槽宽度w2与热光系数K的对应关系图；
图5d是本申请实施例提供的一种沟槽宽度w2与群速度折射率ng的对应关系图；
图6是本申请实施例提供的一种短臂波导的波导宽度w1、长臂波导的沟槽宽度w2以及L1之间的对应关系图；
图7是本申请实施例提供的一种不等臂马赫曾德干涉仪的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的一种参数确定方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行说明。
量子通信，是指在不同的网络节点中对量子比特(量子信息的基本计算单位)进行传输、交换以及分析的技术。其主要的应用之一就是量子加密(quantum cryptography)，也称为量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)。OKD基于量子纠缠理论，可以为相隔两地的用户提供无条件安全的共享密钥，是一种安全性能极高的加密方式。
时间编码(time-bin encoding)是目前QKD实际应用最广泛的一种编码形式，通常使用不等臂马赫曾德干涉仪(asymmetric mach–zehnder interferometer，AMZI)来实现。具体的，单个光子可在AMZI中，同时走一长一短两条路(长的路被称为长臂，短的路被称为短臂，这两条臂由波导构成)，之后进行汇合，两臂的光程差会引起光子传播的时间差，因此，在出射端口光子处在早晚两个时间区间的叠加态为：
Figure BDA0001630974240000051
其中，|0>代表光子处在较早的时间区间，|1>代表光子处在较晚的时间区间，θ为两臂相位差。根据上述公式1，可计算出光子传播的时间差，基于该时间差可以实现时间编码。
光子在波导中经历的相位改变与波导的长度和有效折射率(neff)相关。由于波导的有效折射率会随着温度变化而改变，因此，如果芯片发生温度改变，那么长短两路的光脉冲会经历不同的相位改变，从而导致对量子比特的编码或解码错误。举例来说，两臂由温度改变引起的相位差满足下述公式：
Figure BDA0001630974240000052
其中，ΔφT为温度改变引起的相位差；Δφ1和Δφ2分别为长臂和短臂由温度分别引起的温度漂移；ΔL为两臂长度差；λ0为光子在为真空中的波长；K为波导的热光系数；ΔT为温度改变值。
以使用硅材料的波导为例，K＝1.8×10-4K-1为硅的热光系数，如果设定时间区间为1ns，且AMZI的长短臂之差为7.5cm，光子波长为1550nm，可以通过公式2计算出0.05℃的两臂温度改变会引起π的相位差。在时间编码的过程中，该相位差容易引起量子比特的编码或解码错误。
在一个实施例中，使用外部温度调控系统可以减弱温度改变对相位差的影响。具体的，如图1所示，该外部温度调控系统为一个反馈系统，可包括温度传感器、导热支架、热/降温器件，散热片等。首先，由温度传感器检测波导所在的光芯片的温度，如果高于设定值，那么下方散热片、加热/降温器件等器件对系统进行降温，反之对其加热。采用该外部温度调控系统可以在一定程度上减弱温度改变对相位差的影响。
在另一个实施例中，使用更小的AMZI长短臂差(即在上述公式2中减小ΔL)也可以在一定程度上减弱温度改变对相位差的影响。具体的，根据上述公式2，如果ΔL值减半，那么相同温度改变带来的相位差也会减半，因此可以提高了系统的温度稳定性。
可见，上述两种实施方式可以减弱温度对相位差的影响。进一步的，本申请还提供了一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法，可以抵消AMZI两臂由温度改变引起的相位差，使相位差不受温度改变的影响，提高量子比特编码与解码的正确率。
下面请参阅图2，为本申请实施例提供的一种波导组件的结构示意图。可以看出，图2中的波导组件可以包括：长臂波导201以及短臂波导202，该长臂波导201与短臂波导202相连。
其中，该长臂波导与该短臂波导满足第一预设条件，该第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，该第一乘积为该长臂波导的热光系数与该长臂波导的臂长之间的乘积，该第二乘积为该短臂波导的热光系数与所短臂波导的臂长之间的乘积。
本申请的主要发明原理可包括：
波导如果使用不同的材料、结构，可以产生不同群速度折射率ng以及热光系数K。具体的，热光系数K的值是可以由构成波导的材料的本征热光系数，与光场在不同材料中的分布决定，其计算公式可以如下：
Figure BDA0001630974240000061
其中，ηα为光场在材料α(α＝1,2,3...)中的占比，此参数可通过改变波导结构而改变；dnα/dT为材料α的本征热光系数TOC。可见，K的值可以由波导结构与构成波导的材料决定。
另一方面，群速度折射率ng的值可以由波导的结构以及构成波导的材料的折射率决定。其中，以图3为例，构成波导的材料的折射率可包括波导以下几个方面：包层1对应的折射率n1，包层2对应的折射率n2，以及包层3对应的折射率n3。群速度折射率ng与波导的群速度vg(用于表示光在波导中传输的速度)可满足以下关系：
v0/ng＝vg (公式4)
其中，v0为光在真空中传输的群速度，为固定值。由此可知，波导的群速度vg由群速度折射率ng决定，群速度折射率ng由波导的结构以及构成波导的材料决定。也即，波导的群速度vg可以由波导的结构以及构成波导的材料决定。
在一个实施例中，使用波长为1550nm光子，构成该波导的材料可包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种。举例来说，下表列出了不同的波导材料的折射率与本征热光系数TOC之间的对应关系：
Figure BDA0001630974240000062
(表1)
由此可知，波导的热光系数以及群速度折射率可通过波导的材料和结构改变。
在一个实施例中，该短臂波导和长臂波导的结构可包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。举例来说，请参阅图4a以及图4b，分别为本申请实施例提供的一种条形结构波导的结构示意图以及一种沟槽型结构波导的结构示意图。
基于上述原理，本申请可以通过选用波导的材料和结构来使波导的热光系数和波导的群速度满足第一预设条件，使相位差不受温度改变的影响，提高量子比特编码与解码的正确率。具体的，第一预设条件可表示为：
Figure BDA0001630974240000071
L1为长臂波导的臂长，L2为短臂波导的臂长，K1为长臂波导的热光系数，K2为短臂波导的热光系数。即，长臂波导的热光系数与长臂波导的臂长之间的乘积，与短臂波导的热光系数与短臂波导的臂长之间的乘积相等。
可见，通过使长臂波导与所述短臂波导满足第一预设条件，ΔφT等于0，波导组件不会再受到温度的影响，也即温度差的值无论是多少，相位差也为0。
可见，通过本申请实施例提供的波导组件，可以实现抵消AMZI两臂由温度改变引起的相位差，使相位差不受温度改变的影响，这样，温度改变也就不会对量子比特的编码或解码造成影响。同时，本申请实施例提供的波导组件无需加入外部主动补偿，也降低了器件的复杂度与成本。
在一个实施例中，该长臂波导与所述短臂波导在满足第一预设条件的基础上，还可满足第二预设条件。具体的，第二预设条件可表示为：
Figure BDA0001630974240000072
其中，vg1和vg2分别表示长臂波导的群速度和短臂波导的群速度，Δt表示光在两臂传输的预设时间差，该预设时间差可用于对在该波导组件中传输的量子比特进行时间编码和解码。
由于通过该波导组件满足第一预设条件，可以确定出关于长臂波导和短臂波导的多组参数集合，虽然根据任意一组参数集合设计出的波导组件可以避免由于温度改变对量子比特的编码或解码造成的影响，但在利用该波导组件进行时间编码的过程中，其中有一部分参数集合可能会导致时间编码或解码的结果存在偏差(时间编码或解码过程中需要通过预设时间差来对量子比特进行编码或解码，该预设时间差与波导组件的参数集合存在对应关系)。而通过进一步确定出同时满足第一预设条件以及第二预设条件的参数集合，使得由满足第一预设条件以及第二预设条件的参数集合对应的波导组件既能抵消由于温度改变而引起的相位差，又能根据该预设时间差对在该波导组件中传输的量子比特进行时间编码与解码，可以提高量子比特进行时间编码和解码的正确率。
在一个实施例中，本申请可以在满足该第一预设条件以及该第二预设条件的前提下，设计出尺寸最小的波导组件。也即，本申请的长臂波导的臂长可以为满足第一预设条件以及第二预设条件的最小的长臂波导的臂长。
举例来说，以硅波导为例，该硅波导可以使用条形以及沟槽型的结构，上述两种结构可以以二氧化硅作为包层材料，由硅作为芯层材料，其波导的热光系数K可以在0.1*10-4-2.0*10-4调节。
如果硅波导使用如图4a的条形结构，其热光系数和群速度折射率可以主要受硅波导的波导宽度w1影响。下面请参阅图5a以及图5b，分别为本申请实施例提供的一种波导宽度w1与热光系数K的对应关系图，以及波导宽度w1与群速度折射率ng的对应关系图。上述两种对应关系可以通过预先进行仿真得到。可见，在图5a中，随着波导宽度w1的增加，K也不断增加，当波导宽度w1增加到一定值(如图中的480nm)，K值就随着w1的增加而减少，最后趋于平衡。在图5b中，随着波导宽度w1的增加，ng也不断增加，当波导宽度w1增加到一定值(如图中的480nm)，ng值就随着w1的增加而减少，最后趋于平衡。
如果硅波导使用如图4b的沟槽型结构，其热光系数和群速度折射率可以主要受硅波导的沟槽宽度w2影响。下面请参阅图5c以及图5d，分别为本申请实施例提供的一种沟槽宽度w2与热光系数K的对应关系图，以及沟槽宽度w2与群速度折射率ng的对应关系图。上述两种对应关系可以通过预先进行仿真得到。可见，在图5c中，随着沟槽宽度w2的增加，K不断减小，最后趋于平衡。在图5d中，随着沟槽宽度w2的增加，ng1不断减小，最后趋于平衡。
举例来说，如果波导组件都使用硅材料，其中的短臂波导使用条形波导，长臂波导使用沟槽型波导。如图5a以及5b所示，短臂条形波导的波导宽度w1对应着一个K2以及ng2；如图5c以及5d所示，长臂沟槽型波导的沟槽宽度w2对应着一个K1以及ng1。如果选定一个波导宽度w1，则根据图5a以及5b所示的对应关系，可以唯一确定出一个K2以及ng2；同理，如果选定一个沟槽宽度w2，则根据图5c以及5d所示的对应关系，可以唯一确定出一个K1以及ng1。
将确定出的K2、ng2、K1、ng1带入以下公式4，公式5以及公式6：
v0/ng＝vg (公式4)
Figure BDA0001630974240000081
Figure BDA0001630974240000082
可以得到对应的L1以及L2的值。进一步的，通过将多个波导宽度w1和多个沟槽宽度w2进行计算，可以得到不同的波导宽度w1以及不同沟槽宽度w2各自对应的L1以及L2。举例来说，通过计算，可以得到如图6示出的一种短臂波导的波导宽度w1、长臂波导的沟槽宽度w2以及L1之间的对应关系。
可见，当使用硅材料，且长臂波导为沟槽型，短臂波导为条形时，长臂的臂长L1在20cm左右(此处以精确到厘米级为例，应知，随着器件制造工艺的精进，该长臂臂长的最小值还可以精确到微米、纳米级等，本申请对此不作任何限制)。
由于该波导组件的尺寸通常由长臂波导的臂长值决定，长臂波导的臂长值越小，波导组件的尺寸也就越小。因此，通过将长臂波导的臂长设定为满足该第一预设条件以及该第二预设条件的最小的长臂波导的臂长，可以确定出波导组件的最小尺寸。
需要说明的是，上述方式只是举例，而非穷举。应知，本申请实施例不对波导组件使用的材料、结构以及光在其中的传播模式等进行限定。并且，在不同的波导材料、波导结构下，使用上述方式均可以确定出使整个波导组件的尺寸最小的长臂的臂长值，在此不再赘述。
在本申请实施例中，通过对波导组件的尺寸进行优化，在满足第一预设条件和第二预设条件的前提下，得到使整个波导组件的尺寸最小的长臂的臂长值，可以降低波导组件的复杂度和成本，进一步缩小了器件的体积以及光损耗。
下面请参阅图7，为本申请实施例提供的一种不等臂马赫曾德干涉仪的结构示意图。如图7所示的不等臂马赫曾德干涉仪AMZI可包括：输入波导701、入射分束器702、波导组件703，出射分束器704以及输出波导705。
其中，该输入波导701与该入射分束器702一端相连，该入射分束器702另一端与该波导组件703一端相连，该波导组件703另一端与该出射分束器704一端相连，该出射分束器704另一端与该输出波导705相连。
其中，该波导组件703可包括长臂波导7031以及短臂波导7032。该长臂波导7031与该短臂波导7032满足第一预设条件，该第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，该第一乘积为该长臂波导的热光系数与该长臂波导的臂长之间的乘积，该第二乘积为该短臂波导的热光系数该短臂波导的臂长之间的乘积。
在一个实施例中，该波导组件703可以为上述实施例中的波导组件，在此不作赘述。
在一个实施例中，光子首先进入AMZI的输入波导701，并通过入射分束器702，在通过入射分束器702后，在量子力学的描述中，可同时通过长臂波导7031和短臂波导7032，之后通过出射分束器704，并在输出波导705汇合。由于在通过长臂波导7031和短臂波导7032时，其相位差不会受到温度的干扰，两臂产生的光程差较为准确，导致光子传播的时间差也较为准确，因此，在进行QKD编码与解码时，可以提高编码与解码的正确率。
下面请参阅图8，为本申请实施例提供的一种参数确定方法的流程示意图。如图8所示的方法可包括：
801、计算设备接收输入的第一波导的材料、结构以及第二波导的材料、结构。
需要说明的是，该计算设备可以是计算机、笔记本电脑、台式电脑、掌上电脑、服务器等可用于进行数据计算的设备。
其中，该第一波导以及该第二波导为长臂波导或短臂波导，且该第一波导不同于该第二波导。也即，在该第一波导为长臂波导时，该第二波导为短臂波导；在该第一波导为短臂波导时，该第二波导为长臂波导。
需要说明的是，该第一波导或第二波导可以是如图2所示的波导组件中的短臂波导202或长臂波导201。
在一个实施例中，用户可以通过在计算设备上输入(或选择)第一波导的材料、结构以及第二波导的材料、结构，该计算设备便可接收到用户输入的第一波导的材料、结构以及第二波导的材料、结构，并执行802-804步骤。
802、计算设备根据第一波导的材料、结构确定第一波导的热光系数。
803、计算设备根据第二波导的材料、结构确定第二波导的热光系数。
在一个实施例中，该第一波导和该第二波导的材料包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种。该第一波导和该第二波导的结构包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。
举例来说，热光系数K的值是可以由构成波导的材料的本征热光系数，与光场在不同材料中的分布决定，当该第一波导的材料以及结构被选定，该第一波到的热光系数既可以被确定。
804、计算设备根据第一波导的热光系数、第二波导的热光系数以及第一预设条件确定目标参数组合。
其中，该第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，该第一乘积为该第一波导的热光系数与该第一波导的臂长之间的乘积，该第二乘积为该第二波导的热光系数与所第二波导的臂长之间的乘积。
具体的，第一预设条件可表示为：
Figure BDA0001630974240000101
L1为第一波导的臂长，L2为第二波导的臂长，K1为第一波导的热光系数，K2为第二波导的热光系数。即，第一波导的热光系数与第二波导的臂长之间的乘积，与第一波导的热光系数与第二波导的臂长之间的乘积相等。
在一个实施例中，该计算设备还可以根据该第一波导的材料、结构确定该第一波导的群速度；根据该第二波导的材料、结构确定该第二波导的群速度；该目标参数组合还满足第二预设条件，该第二预设条件为第一比值与第二比值之间的差值为预设时间差，该第一比值为该第一波导的臂长与该第一波导的群速度之间的比值，该第二比值为该第二波导的臂长与该第二波导的群速度之间的比值。
举例来说，第二预设条件可表示为：
Figure BDA0001630974240000102
其中，vg1和vg2分别表示第一波导的群速度和第二波导的群速度，Δt表示光在两臂传输的预设时间差，该预设时间差可用于对在该波导组件中传输的量子比特进行时间编码与解码。
在一个实施例中，该第一波导为短臂波导，该计算设备还可以从目标参数集合中选取第二波导的臂长最小值，并输出第二波导的臂长最小值对应的参数组合。
也即，该计算设备可以从满足第一预设条件以及第二预设条件的所有目标参数组合中，选择出长臂波导的臂长为最小值对应的参数组合。
可见，通过本申请实施例，该计算设备可以根据输入的第一波导的材料、结构确定出该第一波导的热光系数，以及根据第二波导的材料、结构确定出第二波导的热光系数，最后根据该第一波导的热光系数、第二波导的热光系数以及第一预设条件确定出目标参数组合，可以无需用户手动计算或设计波导组件所需的全部参数，提高了波导组件设计的自动化与智能化程度。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本申请实施例所提供的一种波导组件、不等臂马赫曾德干涉仪以及参数确定方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构、方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种波导组件，其特征在于，所述波导组件包括：
长臂波导与短臂波导，所述长臂波导与所述短臂波导相连；
其中，所述长臂波导与所述短臂波导满足第一预设条件，所述第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，所述第一乘积为所述长臂波导的热光系数与所述长臂波导的臂长之间的乘积，所述第二乘积为所述短臂波导的热光系数所述短臂波导的臂长之间的乘积。
2.如权利要求1所述的波导组件，其特征在于，所述长臂波导与所述短臂波导满足第二预设条件，所述第二预设条件为第一比值与第二比值之间的差值为预设时间差，所述第一比值为所述长臂波导的臂长与所述长臂波导的群速度之间的比值，所述第二比值为所述短臂波导的臂长与所述短臂波导的群速度之间的比值；
其中，所述预设时间差用于对在所述波导组件中传输的量子比特进行时间编码与解码。
3.如权利要求2所述的波导组件，其特征在于，所述长臂波导的臂长为满足所述第一预设条件以及所述第二预设条件的最小的长臂波导的臂长。
4.如权利要求1所述的波导组件，其特征在于，所述短臂波导和长臂波导的结构包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的波导组件，其特征在于，所述长臂波导和短臂波导的材料包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种。
6.一种不等臂马赫曾德干涉仪，其特征在于，包括：输入波导、入射分束器、波导组件、出射分束器以及输出波导；
其中，所述输入波导与所述入射分束器一端相连，所述入射分束器另一端与所述波导组件一端相连，所述波导组件另一端与所述出射分束器一端相连，所述出射分束器另一端与所述输出波导相连；
其中，所述波导组件为如权利要求1-5任一项所述的波导组件。
7.一种参数确定方法，其特征在于，应用于计算设备，包括：
接收输入的第一波导的材料、结构以及第二波导的材料、结构；
根据所述第一波导的材料、结构确定所述第一波导的热光系数；
根据所述第二波导的材料、结构确定所述第二波导的热光系数；
根据所述第一波导的热光系数、所述第二波导的热光系数以及第一预设条件确定目标参数组合，所述目标参数组合包括所述第一波导的臂长以及所述第二波导的臂长的组合；
其中，所述第一预设条件为第一乘积与第二乘积相等，所述第一乘积为所述第一波导的热光系数与所述第一波导的臂长之间的乘积，所述第二乘积为所述第二波导的热光系数与所第二波导的臂长之间的乘积；
其中，所述第一波导以及所述第二波导为长臂波导或短臂波导，且所述第一波导不同于所述第二波导。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一波导的材料、结构确定所述第一波导的群速度；
根据所述第二波导的材料、结构确定所述第二波导的群速度；
所述目标参数组合还满足第二预设条件，所述第二预设条件为第一比值与第二比值之间的差值为预设时间差，所述第一比值为所述第一波导的臂长与所述第一波导的群速度之间的比值，所述第二比值为所述第二波导的臂长与所述第二波导的群速度之间的比值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一波导为所述短臂波导，所述方法还包括：
从所述目标参数集合中选取所述第二波导的臂长最小值，并输出所述第二波导的臂长最小值对应的参数组合。
10.如权利要求7所述的方法，所述第一波导和所述第二波导的材料包括：氮化硅、硅、二氧化硅、聚合物中的任意一种或多种；
所述第一波导和所述第二波导的结构包括：条形结构、沟槽型结构、脊型结构中的任意一种或多种。
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