CN112305831B - 一种基于量子频率梳的ghz态产生芯片的设置方法 - Google Patents
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Abstract
基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，芯片结构包括量子频率梳光源、路径‑偏振转换器；量子频率梳光源包括包含2‑3个独立且相干的能产生频率梳关联光子对的非线性光学参量转换单元和波分复用单元；量子频率梳光源产生两套覆盖所有频率的光子对，分别从上、下两个路径输出，每个路径输出的双光子在频率上因为能量守恒而两两配对，但上、下两路对应两种完全不同的配对方式，构成GHZ态的两项，当每个频率有且仅有一个光子时得到频率标记的多光子路径编码GHZ态；路径‑偏振转换器将光子的路径信息转移到偏振自由度上，得到多光子偏振编码GHZ态。
Description
技术领域
本发明涉及量子信息技术、光量子芯片和非线性光学领域，用于制备可扩展的频率标记的多光子GHZ态。
背景技术
量子纠缠态是量子通信、量子计算等量子信息技术中的核心资源。GHZ态又称“薛定谔猫”态[1]，是所有子系统状态都不同的状态的叠加，如三光子GHZ态：
GHZ态具有特殊的性质，其功能包括用于进行非局域性的验证[2]和量子纠错[3]等。制备多光子GHZ态一直是量子信息领域的研究难点和热点。目前已有不少多光子GHZ态制备的实验被报道，包括体块光学平台的实验[4-6]和光量子芯片实验[7]，常用的制备方法是利用线性光学后选门对光子间进行相互作用来得到，比如四光子GHZ的制备方法可以通过两个自发参量下转换过程得到的两个纠缠态中各取一路进入一个熔接操作来实现[4]。这类方案所需的非线性参量转换单元和其它实验器件数量都很多，且随着规模扩大，所需器件和路径的数量也增多，单元器件数量一般为O(n)量级，n为GHZ态的总光子数，如参考文献6的方案，代表了体块光路设计的最高水平，但是光路还是比较复杂的，且随着光子数或者路径模式增多，在进行量子态传输时也需要占用多个空间通道。即传统的制备GHZ态的方法具有制备系统复杂、空间传输资源消耗大等缺点，且传统的GHZ态制备方法都是采用体块光路，特别该体系涉及很多个分立非线性晶体和光学元件，更加难以稳定、难以制备出高品质的GHZ态。
参考文献:
1.D.M.Greenberger,M.A.Horne,A.Shimony,A.Zeilinger,American Journal ofPhysics 12,58(1998).
2.J.-W.Pan,D.Bouwmeester,M.Daniell,H.Weinfurter,&A.Zeilinger,Nature403,515(2000).
3.A.G.Fowler,M.Mariantoni,J.M.Martinis,&A.N.Cleland,Phys.Rev.A 86,032324(2012)
4.Y.Huang,B.Liu,L.Peng,Y.Li,L.Li,C.Li,G.Guo,Nature Communications 2,1,546(2011).
5.R.Prevedel,G.Cronenberg,M.Tame,M.Paternostro,P.Walther,M.S.Kim,A.Zeilinger,Phys.Re.Lett.103,020503(2009).
6.H.-S.Zhong,Y.Li,W.Li,L.-C.Peng,Z.-E.Su,Y.Hu,Y.-M.He,X.Ding,W.Zhang,H.Li,L.Zhang,Z.Wang,L.You,X.-L.Wang,X.Jiang,L.Li,Y.-A.Chen,N.-L.Liu,C.-Y.Lu,J.-W.Pan,Phys.Rev.Lett.121,250505(2018).
7.J.C.Adcock,C.Vigliar,R.Santagati,J.W.Silverstone,M.G.Thompson,Nature communications 10,1(2019).
发明内容
本发明目的是，解决上面所提到的GHZ制备存在的问题，提供了一种超集成GHZ态产生芯片，GHZ态产生原理是基于量子频率梳即每个光子的频率不同，具有简单、易实现、光子数可扩展、传输信道开销小、可切换成多种编码等特点。
本发明的技术方案是：基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其芯片结构包括量子频率梳光源、路径-偏振转换器；量子频率梳光源包括包含2-3个独立且相干的能产生频率梳关联光子对的非线性光学参量转换单元和波分复用单元；量子频率梳光源产生两套覆盖所有频率的光子对，分别从上、下两个路径输出，每个路径输出的双光子在频率上因为能量守恒而两两配对，但是上、下两路对应两种完全不同的配对方式，构成GHZ态的两项，当每个频率有且仅有一个光子时得到频率标记的多光子路径编码GHZ态。路径-偏振转换器将光子的路径信息转移到偏振自由度上，得到多光子偏振编码GHZ态。
多个(2-3个)参量转换光源和波分复用模块，实现相干泵浦得到频域的双光子高维叠加态。双光子高维叠加态中根据能量守恒是两两配对的，共有两种配对方式，两种配对方式中没有任何相同的频率对，这两种配对方式的双光子分别从两个波导路径输出。考虑多个双光子事件，且每个频率有且只有一个光子时，就制备了路径编码的GHZ态。
当GHZ态光子数为偶数时，芯片分为两个区域，第一区域使用三束不同频率的泵浦光相干地在参量转换光源中发生自发参量过程，产生三个双光子频率梳；第一区域包含两个路径(上路径和下路径)，上路径设有一个参量转换光源，下路径包含串联的两个参量转换光源；下路径的两个参量光源之间设置有一个波分复用器件，用于过滤前面参量源的泵浦光、引入第三个泵浦光泵浦后面的参量源并且合并两个参量源产生的频率梳到同一路径上；上、下两个路径输出的双光子在频率上是两两配对的，上下两路对应两种不同的频率配对方式，两种配对方式中没有任何一个频率对是相同的，这两种配对方式构成了GHZ的两项。所述区域一中三束不同频率的泵浦激光分别为参量转换光源并分别在三个参量转换过程。每个参量转换光源产生一个以对应泵浦激光频率为中心的光子对频率梳，三个参量转换过程是相干的，产生的三组频率梳相干叠加；
第二区域是路径-偏振转换器，将第一区域中产生的两路光子进行合束，并将光子所携带的路径信息转移到偏振编码上，即上路径的光子转换为某种线偏振的光子，下路径的光子转换为和上路输出正交的线偏振光子，通过调整第三束泵浦激光的频率调整目标态的光子数规模，通过调节第三束泵浦激光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，构建最大纠缠；最终输出偏振编码GHZ态到片外光纤或者自由空间中。合束是指区域二使用一个二维光栅进行路径到偏振的转换，将两路合成一路后输出至片外，并生成和路径相关的偏振信息。进一步，本发明的方法即基于量子频率梳的可扩展GHZ态产生方法，方法分为两个主要步骤，制备量子光源和自由度转换。以集成芯片方案为例，使用二阶或三阶非线性材料为基质材料进行波导加工，集成包含干涉仪、相位调制器、二维光栅等片上元件，将输入的经典光转化多频率模式上的多光子GHZ态。
当GHZ态光子数为偶数时，使用三个泵浦分别泵浦三个参量转换光源产生含不同频率光子对的光学频率梳用于配置GHZ态的两项。如图1，频率wa的泵浦激光(1)由光纤(2)经过耦合单元(3)输入上方波导(4)，进入第一个参量转换光源(5)发生自发参量过程并产生以频率wa为中心的光子对频率梳；频率wb的泵浦激光(6)由光纤(7)经过耦合单元(8)输入下方波导(9)，进入第二个参量转换光源(10)发生自发参量过程并产生以频率wb为中心的光子对频率梳；之后下方波导中频率wb的泵浦激光经过部分复用单元如不等臂Mach-Zehnder干涉仪(11)后被滤出至波导(17)，参量转换得到的光子对经波分复用单元11后仍然在下方波导(9)中向后传输；频率wc的泵浦激光(12)由光纤(13)经过耦合单元(14)输入波导(15)，由相位调制器(16)调节其相位，然后泵浦激光经过波分复用单元11进入下方波导(9)，随后进入第三个参量转换光源(18)发生自发参量过程并产生以频率wc为中心的光子对频率梳；上方波导(4)和下方波导(9)中的光子分别进入二维光栅(19)的两个入口进行合并，将路径编码转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤(20)。
当GHZ态光子数为偶数时，需要根据目标态的规模和频率来确定3束泵浦激光(1、6、12)的频率，通过调整第三束泵浦激光(12)的频率wc调整目标态的光子数规模，通过调节第三束泵浦激光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，制备最大纠缠态。
当GHZ态光子数为奇数时，使用四个泵浦光源，其中两个泵浦光源分别泵浦两个参量转换光源产生两个光学频率梳，另外两个泵浦光被衰减为单光子水平光源。芯片设置方法分为两个区域，如图2，第一区域包含两个路径(上路径和下路径)，上路径设有一个能产生量子频率梳的参量转换光源和一个衰减单光子源，下路径设置了另一个产生量子频率梳的参量光源和衰减单光子源。上、下两个路径输出的光子都覆盖了所有频率，对应两种不同覆盖方式，得到GHZ态的两项。第二区域是路径-偏振转换器，将第一区域中产生的两路光子进行合束和模式转换，将光子所携带的路径信息转移到偏振编码上，即上路径的光子转换为某种线偏振的光子，下路径的光子转换为和上路输出正交的线偏振光子，最终输出偏振编码GHZ态到片外光纤或者自由空间中。
通过调整两个衰减成单光子的泵浦激光的频率调整目标态的光子数规模，通过调节其中一个泵浦参量光源的泵浦光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，构建最大纠缠。
当GHZ态光子数为奇数时，芯片通过耦合单元(24、30)分别与输入光纤(23、29)相连，通过二维光栅(34)与输出光纤阵列(35)相连。频率wa的泵浦激光(21)和频率wc的衰减激光(22)由光纤(23)经过耦合光栅(24)输入上方波导(25)，其中衰减激光可近似为单光子。它们进入第一个参量转换光源(26)频率wa的泵浦激光在参量光源中发生自发参量过程并产生以频率wa为中心的光子对频率梳；频率wb的泵浦激光(27)和频率wd的衰减激光(28)由光纤(29)经过耦合单元(30)输入下方波导(31)，由相位调制器(32)调节其相位，进入第二个参量转换光源(33)发生自发参量过程并产生以频率wb为中心的光子对频率梳。上方波导(25)和下方波导(31)中的光子分别进入二维光栅(34)的两个入口进行合并，将路径信息转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤(35)。
当GHZ态光子数为奇数时，需要根据目标态的规模和频率来确定四束泵浦激光的频率。通过调整两个衰减成单光子的泵浦激光的频率调整目标态的光子数规模，通过调节其中一个泵浦参量光源的泵浦光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，制备最大纠缠态。
芯片上的路径-偏振转换器可被替换为分频网络，上、下两路径上的所有不同频率光子都经过分频网络分开，分别分散到n对路径上，每对路径对应的光子频率相同，每对路径上有且仅有一个光子时，得到路径编码的GHZ态。
当经由路径-偏振转换器输出到片外时，得到偏振编码GHZ态，每个量子位都在同一路径但在不同频率上，每个选定频率有一个量子位，通过偏振投影测量进行量子态层析刻画。当不经过路径-偏振转换器输出而是在片内经过分频网络时，得到的片内的路径编码GHZ态，通过片上路径投影测量验证GHZ态。
路径-偏振纠缠转换模块可换成路径-时间列、路径-轨道角动量等转换模块，得到时间列、轨道角动量等其他自由度编码的GHZ态。
所述参量转换源的实现方式包括用微环谐振腔结构、旋绕波导或者周期极化结构等发生自发四波参量过程或者自发三波参量过程等方式，所述芯片材料包括三阶和二阶非线性光学材料。当参量转换光源为三阶参量过程时，泵浦光频率为各个频率梳中心频率的两倍，所述的波分复用模块包括不等臂Mach-Zehnder干涉仪、微环等结构。所述相位调制器基于热光效应、电光效应和光克尔效应的调制器。
本发明的关键之处是偶数光子的三个参量转换过是相干发生的，奇数光子的两个参量过程和两个泵浦光也都是相干的。
本发明的有益效果：(1)本发明方案是芯片式的，稳定性高，可批量制备，成本低；(2)本发明方案所消耗基本单元数是常数，当光子数扩展升高时，芯片单元数不变，不需改变芯片结构，即该芯片设计是通用的；(3)本发明方案GHZ态的规模容易扩展，只需要改变其中一束(偶数光子态)或者两束泵浦激光(奇数光子态)的频率就能够实现规模的提升；(4)本方案双光子利用效率高即后选成功率高；(5)本发明方案得到的偏振编码GHZ态在同一路径上，传输过程占用极少的空间资源；(6)本发明方案很容易通过路径和其他自由度转换模块，得到其他自由度的GHZ态，具有广泛的应用前景；(7)本发明方案的芯片设计方案保证了可以在芯片上进行频率分离、路径投影等操作，实现片上量子态的验证。所以，本发明设计了一种基于量子频率梳的可扩展GHZ态产生芯片，提供一种超集成的、简单的、光子数可扩展的、高效的、易实现的方案来产生频率标记的多光子GHZ态。本发明提供的频率标记的GHZ态产生方法，芯片结构简单，容易能扩展到更多光子情形，且芯片基本单元个数为常数个，不随光子数增多而增长。同时该方法具备高效率、适用于奇偶数光子、可转换到其他编码GHZ态、和光纤波分复用系统兼容、能够在单根光纤中远程传输等优点
附图说明
图1本发明所述在集成芯片上产生的频率标记的偶数光子GHZ态的芯片方案示意图；
图2本发明所述在集成芯片上产生的频率标记的奇数光子GHZ态的芯片方案示意图；
图3目标态为四光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图；
图4目标态为六光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。
图5目标态为八光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。
图6四光子路径编码GHZ态以及态层析芯片设置方法
图7四光子路径编码GHZ的密度矩阵实部，左、右图(即A、B图)分别对应GHZ态两项的相对相位分别为0和π/2。
图8目标态为三光子GHZ态的情况下，两个衰减激光、两个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图；
图9目标态为七光子GHZ态的情况下，两个衰减激光、两个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。
具体实施方式
下面是通过实施例对本发明方法的详细说明。对图1中用于制备频率标记的偏振编码偶数光子GHZ态的通用芯片的各个单元进行标号。该芯片使用三个泵浦分别泵浦三个参量转换光源(5、10、18)产生含不同频率光子对的光学频率梳用于配置GHZ态的两项。频率wa的泵浦激光(1)由光纤(2)经过耦合单元(3)输入上方波导(4)，进入第一个参量转换光源(5)发生自发参量过程并产生以频率wa为中心的光子对频率梳；频率wb的泵浦激光(6)由光纤(7)经过耦合单元(8)输入下方波导(9)，进入第二个参量转换光源(10)发生自发参量过程并产生以频率wb为中心的光子对频率梳；之后下方波导中频率wb的泵浦激光经过部分复用单元如不等臂Mach-Zehnder干涉仪(11)后被滤出至波导(17)，参量转换得到的光子对经波分复用单元11后仍然在下方波导(9)中向后传输；频率wc的泵浦激光(12)由光纤(13)经过耦合单元(14)输入波导(15)，由相位调制器(16)调节其相位，然后泵浦激光经过波分复用单元11进入下方波导(9)，随后进入第三个参量转换光源(18)发生自发参量过程并产生以频率wc为中心的光子对频率梳；上方波导(4)和下方波导(9)中的光子分别进入二维光栅(19)的两个入口进行合并，将路径编码转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤(20)。
所述3个参量转换光源的实现方式包括用微环谐振腔结构、旋绕波导或者周期极化结构等发生自发四波参量过程或者自发三波参量过程等方式。所述的波分模块包括不等臂Mach-Zehnder干涉仪、微环等可行结构。实施时，需要3个参量转换过程是相干发生的，还需要保证每一个参量转换光源产生的转换光子到达探测器的时间是不可区分的。
图2是用于制备多频率模式标记的偏振编码奇数光子GHZ态的通用芯片，我们对其各个单元也进行标号。在硅基芯片上制备量子光源和二维光栅。硅基芯片通过一维光栅(24、30)分别与输入光纤(23、29)相连，通过二维光栅(34)与输出光纤阵列(35)相连。频率wa的泵浦激光(21)和频率wc的衰减激光(22)由光纤(23)经过耦合光栅(24)输入上方波导(25)，其中衰减激光可近似为单光子。它们进入第一个参量转换光源(26)频率wa的泵浦激光在参量光源中发生自发参量过程并产生以频率wa为中心的光子对频率梳；频率wb的泵浦激光(27)和频率wd的衰减激光(28)由光纤(29)经过耦合光栅(30)输入下方波导(31)，由相位调制器(32)调节其相位，进入第二个参量转换光源(33)发生自发参量过程并产生以频率wb为中心的光子对频率梳。上方波导(25)和下方波导(31)中的光子分别进入二维光栅(34)的两个入口进行合并，将路径信息转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤(35)。
实施例1：产生四光子偏振编码GHZ态。图3是目标态为四光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。三个泵浦激光的频率wa、wb、wc分别设置在w-1、w1和w-3上，其中频率为wa的泵浦激光在上路径中发生参量转换过程，另外两个泵浦激光在下路径中发生参量转换过程，产生的三组以泵浦激光频率为中心的双光子频率梳分别在图中用弧线表示，例如连接-2和0的弧线代表具有一个光子频率为w-2，另一个光子在w0的双光子态。上下路径经过二维光栅合束后，路径信息转换到偏振方向上。此时后选在频率w-4、w-2、w0、w2上每一个频率模式有且仅有一个光子的量子态即为四光子GHZ态：
其中量子态的两个项的振幅a和b的比例可通过调节泵浦光(12)的功率来调整，两个项的相对相位eiθ可以通过相位调制器(16)来调整。
实施例2：产生六光子偏振编码GHZ态。图4是目标态为六光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。三个泵浦激光的频率wa、wb、wc分别设置在w-1、w1和w-5上，其中频率为wa的泵浦激光在上路径中发生参量转换过程，另外两个泵浦激光在下路径中发生参量转换过程，产生的三组以泵浦激光频率为中心的双光子频率梳。上下路径经过二维光栅合束后，路径信息转换到偏振方向上。此时后选在频率w-6、w-4、w-2、w0、w2、w4上每一个频率模式有且仅有一个光子的量子态为六光子GHZ态。
实施例3：产生八光子偏振编码GHZ态。图5是目标态为八光子GHZ态的情况下，三个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。三个泵浦激光的频率wa、wb、wc分别设置在w-1、w1和w-7上，其中频率为wa的泵浦激光在上路径中发生参量转换过程，另外两个泵浦激光在下路径中发生参量转换过程，产生的三组以泵浦激光频率为中心的双光子频率梳。上下路径经过二维光栅合束后，路径信息转换到偏振方向上。此时后选在频率w-8、w-6、w-4、w-2、w0、w2、w4、w6上每一个频率模式有且仅有一个光子的量子态为八光子GHZ态。
实施例4：产生四光子路径编码GHZ态。图6是在图1芯片结构中上下两路径进入路径-偏振转换模块之前分别进行频率分离，上、下两路分别分成多个不同频率对应的路径模式，此时就得到了路径编码GHZ态。在芯片上级联一个路径投影网络，分别对每个路径量子位进行投影测量就可以得到量子态保真度，实现片上量子态层析，图7就是计算得到的该态的密度矩阵实部，虚部为零。
实施例5：产生三光子GHZ态。图8是目标态为三光子GHZ态的情况下，两个衰减光、两个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。衰减激光的频率wc、wd分别设置在w2、w-2上。泵浦激光的频率wa、wb分别设置在w-1、w1上，其中频率为wa的泵浦激光在上路径中发生参量转换过程，频率为wb的泵浦激光在下路径中发生参量转换过程，各产生一组以泵浦激光频率为中心的双光子频率对。上下路径经过二维光栅合束后，路径信息转换到偏振方向上。此时后选在频率w-2、w0、w2上每一个频率模式有且仅有一个光子的量子态即为三光子GHZ态：
其中量子态的两个项的振幅a和b的比例可通过调节泵浦光(27)的功率来调整，两个项的相对相位eiθ可以通过相位调制器(32)来调整。
实施例6：产生七光子GHZ态。图9是目标态为七光子GHZ态的情况下，两个衰减光、两个参量转换过程的泵浦光、光子的频率关系和对应路径的示意图。两个衰减激光的频率wc、wd分别设置在w6、w-6上。两个泵浦激光的频率wa、wb、wc分别设置在w-1、w1上，其中频率为wa的泵浦激光在上路径中发生参量转换过程，频率为wb的泵浦激光在下路径中发生参量转换过程，各自产生以泵浦激光频率为中心的双光子频率梳。上下路径经过二维光栅合束后，路径信息转换到偏振方向上。此时后选在频率w-6、w-4、w-2、w0、w2、w4、w6上每一个频率模式有且仅有一个光子的量子态为七光子GHZ态。
Claims (8)
1.基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，芯片结构包括量子频率梳光源、路径-偏振转换器；量子频率梳光源包括3个独立且相干的能产生频率梳关联光子对的非线性光学参量转换单元，3个非线性光学参量转换单元还设有波分复用单元；量子频率梳光源产生两套覆盖所有频率的光子对，分别从上、下两个路径输出，每个路径输出的双光子在频率上因为能量守恒而两两配对，但是上、下两路对应两种完全不同的配对方式，构成GHZ态的两项，当每个频率有且仅有一个光子时得到频率标记的多光子路径编码GHZ态；路径-偏振转换器将光子的路径信息转移到偏振自由度上，得到多光子偏振编码GHZ态；
当GHZ态光子数为偶数时，芯片分为两个区域，第一区域使用三束不同频率的泵浦光相干地在参量转换光源中发生自发参量过程，产生三个双光子频率梳；第一区域包含上路径和下路径两个路径，上路径设有一个非线性光学参量转换单元，下路径包含串联的两个非线性光学参量转换单元；下路径的两个非线性光学参量转换单元之间设置有一个波分复用器件，用于过滤前面非线性光学参量转换单元的泵浦光，引入第三个泵浦光泵浦后面的非线性光学参量转换单元并且合并两个非线性光学参量转换单元产生的频率梳到同一路径上；上路径、下路径两个路径每个路径输出的双光子在频率上都是两两配对的，两个径路对应两种不同的频率配对方式，两种配对方式中没有任何一个频率配对是相同的，这两种配对方式构成了GHZ的两项；所述第一区域三束不同频率的泵浦激光分别为非线性光学参量转换单元产生三个参量转换过程；每个非线性光学参量转换单元产生一个以对应泵浦激光频率为中心的光子对频率梳，三个参量转换过程是相干的，产生的三组频率梳相干叠加；
第二区域是路径-偏振转换器，将第一区域中产生的两路光子进行合束，并将光子所携带的路径信息转移到偏振编码上，即上路径的光子转换为某线偏振的光子，下路径的光子转换为和上路输出正交的线偏振光子，通过调整第三束泵浦激光的频率调整目标态的光子数规模，通过调节第三束泵浦激光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，构建最大纠缠；最终输出偏振编码GHZ态到片外光纤或者自由空间中；合束是指区域二使用一个二维光栅进行路径到偏振的转换，将两路合成一路后输出至片外，并生成和路径相关的偏振信息。
2.根据权利要求1所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，当GHZ态光子数为偶数时，使用三个泵浦分别泵浦三个参量转换光源产生含不同频率光子对的光学频率梳用于配置GHZ态的两项；频率w a的泵浦激光（1）由光纤（2）经过耦合单元（3）输入上方波导（4），进入第一个参量转换光源（5）发生自发参量过程并产生以频率w a为中心的光子对频率梳；频率w b的泵浦激光（6）由光纤（7）经过耦合单元（8）输入下方波导（9），进入第二个参量转换光源（10）发生自发参量过程并产生以频率w b为中心的光子对频率梳；之后下方波导中频率w b的泵浦激光经过不等臂Mach-Zehnder干涉仪（11）后被滤出至波导（17），参量转换得到的光子对经不等臂Mach-Zehnder干涉仪（11）后仍然在下方波导（9）中向后传输；频率w c的泵浦激光（12）由光纤（13）经过耦合单元（14）输入波导（15），由相位调制器（16）调节其相位，然后泵浦激光经过不等臂Mach-Zehnder干涉仪（11）进入下方波导（9），随后进入第三个参量转换光源（18）发生自发参量过程并产生以频率w c为中心的光子对频率梳；上方波导（4）和下方波导（9）中的光子分别进入二维光栅（19）的两个入口进行合并，将路径编码转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤（20）。
3.根据权利要求1所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，当GHZ态光子数为奇数时，使用四个泵浦光源，其中两个泵浦光源分别泵浦两个参量转换光源产生两个光学频率梳，另外两个泵浦光被衰减为单光子水平光源；芯片设置方法分为两个区域，第一区域包含两个路径即上路径和下路径，上路径设有一个能产生量子频率梳的参量转换光源和一个衰减单光子源，下路径设置了另一个产生量子频率梳的参量光源和衰减单光子源；上、下两个路径输出的光子都覆盖了所有频率，对应两种不同覆盖方式，得到GHZ态的两项；第二区域是路径-偏振转换器，将第一区域中产生的两路光子进行合束和模式转换，将光子所携带的路径信息转移到偏振编码上，即上路径的光子转换为某种线偏振的光子，下路径的光子转换为和上路输出正交的线偏振光子，最终输出偏振编码GHZ态到片外光纤或者自由空间中；通过调整两个衰减成单光子的泵浦激光的频率调整目标态的光子数规模，通过调节其中一个泵浦参量光源的泵浦光的功率和相位调整目标GHZ态中两项的相对振幅和相对相位，构建最大纠缠。
4.根据权利要求1所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，当GHZ态光子数为奇数时，芯片通过耦合单元（24、30）分别与输入光纤（23、29）相连，通过二维光栅（34）与输出光纤阵列（35）相连；频率w a的泵浦激光（21）和频率w c的衰减激光（22）由输入光纤（23）经过耦合光栅（24）输入上方波导（25），其中衰减激光近似为单光子；它们进入第一个参量转换光源（26），频率w a的泵浦激光在参量光源中发生自发参量过程并产生以频率w a为中心的光子对频率梳；频率w b的泵浦激光（27）和频率w d的衰减激光（28）由输入光纤（29）经过耦合单元（30）输入下方波导（31），由相位调制器（32）调节其相位，进入第二个参量转换光源（33）发生自发参量过程并产生以频率w b为中心的光子对频率梳；上方波导（25）和下方波导（31）中的光子分别进入二维光栅（34）的两个入口进行合并，将路径信息转换为偏振编码并输出到自由空间或光纤。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，芯片上的路径-偏振转换器可被替换为分频网络，上、下两路径上的所有不同频率光子都经过分频网络分开，分别分散到n对路径上，每对路径对应的光子频率相同，每对路径上有且仅有一个光子时，得到路径编码的GHZ态。
6.根据权利要求1-4任一所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，当经由路径-偏振转换器输出到片外时，得到偏振编码GHZ态，每个量子位都在同一路径但在不同频率上，每个选定频率有一个量子位，通过偏振投影测量进行量子态层析刻画；当不经过路径-偏振转换器输出而是在片内经过分频网络时，得到的片内的路径编码GHZ态，通过片上路径投影测量验证GHZ态。
7.根据权利要求1-4任一所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，路径-偏振纠缠转换模块换成路径-时间列或路径-轨道角动量转换模块，得到时间列或轨道角动量自由度编码的GHZ态。
8.根据权利要求2所述的基于量子频率梳的GHZ态产生芯片的设置方法，其特征是，所述参量转换光源的实现方式包括用微环谐振腔结构、旋绕波导或者周期极化结构发生自发四波参量过程或者自发三波参量过程，所述芯片材料包括三阶和二阶非线性光学材料；当参量转换光源为三阶参量过程时，泵浦光频率为各个频率梳中心频率的两倍，波分复用单元包括不等臂Mach-Zehnder干涉仪、微环结构；所述相位调制器基于热光效应、电光效应和光克尔效应的调制器。
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