CN113472529B - 基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，通过偏振不敏感多模耦合器将入射量子态传输路径概率平均至各光学路径，利用偏振分束器和补偿光路实现偏振相关量子态的无损传输，通过相位控制器在各路径引入相位延迟，最后通过偏振不敏感多模耦合器实现出射量子态传输路径的精确控制。本发明以偏振编码量子态传输的光学链路切换为例展示了一种芯片集成量子互联信道切换方法，该方法能够对多节点量子通信组网提供重要参考，能够有效解决传统自由空间光路在传输损耗、量子态保持、大规模交换方面存在的瓶颈问题，为小型化、集成化、规模化量子通信网络组网器件奠定了坚实基础。
Description
技术领域
本发明属于集成光学、光通信、量子通信与量子网络的交叉学科领域，具体是指一种利用偏振不敏感芯片集成光路为多节点量子通信网络提供光学链路层面的量子互联交换的方法，尤其涉及一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法、系统及存储介质。
背景技术
量子通信，基于海森堡测不准原理、量子不可克隆原理、量子不可分离原理等，是目前公认的在理论层面具备“无条件安全”特性的新型通信技术。量子通信的核心是量子态的保真无损传输，根据量子态携带信息的不同，又可将量子通信支持的业务细化为量子密钥分发、量子直接通信、量子时间同步等。特殊地，广义的量子通信能够为量子精密测量系统、量子计算系统提供量子态传输服务，实现不受信道限制的端到端安全通信、超越经典瓶颈的分布式量子传感和性能指数提升的分布式量子计算等新型应用，并支撑构建具有重要战略意义和颠覆性运行效能的量子互联网。
高效的量子互联式构建大规模多节点量子通信网络的重要基础，光学链路层面的信道交换系统是实现大规模多节点通信组网的先决条件。特殊地，量子互联交换系统需要满足以下条件：一是鉴于量子态传输对损耗的高度敏感特性，量子互联交换系统需要具有较低的插入损耗；二是构建大规模量子通信网络需要量子互联交换系统具有多节点任意切换能力；三是量子互联交换系统不能改变量子态所编译的光学自由度，亦即在光学链路交换过程中保持量子态不变。
发明内容
基于现有技术的问题，本发明要解决的技术问题：如何实现可支持多节点量子通信组网的量子互联信道交换。
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，通过偏振不敏感多模耦合器、相位控制器阵列等芯片集成器件构建低损耗大规模光学链路切换系统，通过相位控制器阵列的相位分布实现量子态传输路径概率分布的精确控制，构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，同时利用偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的偏振编码量子态保持不变，最终实现可支持多节点量子通信组网的量子互联信道交换。
为了达到上述效果，本发明提供的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出；通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化；构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
优选的，上述方法具体包括：
S101、通过芯片集成光路标准工艺制备各器件波导结构，各器件之间通过偏振不敏感传输波导连接以确保横电模式和横磁模式对应的传输损耗近似相同；
S102、通过芯片集成电路标准工艺制备偏振干涉仪所需控制电极，利用集成导线将控制电极和外接电路相连；
S103、将数字逻辑化的控制电压通过外接电路加载到路径选择光路中各偏振干涉仪的相位控制器上，最终实现基于芯片集成光路的量子互联信道自由交换。
优选的，上述S101中具有N个端口，N个端口输入的量子通过偏振不敏感多模耦合器后等概率从N条光学路径输出，通过另一个偏振不敏感多模耦合器后从N各端口输出，每条光学路径均配备有偏振干涉仪用以补偿双折射光程差使得横电模式和横磁模式对应的端口-端口光程完全一致。
优选的，上述S103一方面微调补偿各光学路径中的双折射光程差，另一方面控制相位控制器阵列的相位分布使得特定端口输入的量子以最大概率从特定端口输出。
优选的，上述偏振不敏感多模耦合器通过芯片集成光路标准工艺制备、具有一定的结构设计自由度、高效无损地传输光场、横电模式和横磁模式的分束比、传输损耗及其他参数几乎完全一致、具有一定的调谐自由度。
优选的，上述相位控制器阵列通过芯片集成电路标准工艺制备、具备一定的结构设计自由度、能够对波导进行相位调谐。
优选的，上述量子互联信道交换的N个端口作为节点，N个节点作为输入，N个节点作为输出，通过芯片集成光路建立的光学链路切换系统，使得N个输入节点中的任一个可以同N个输出节点中的任一个在某一特定时刻建立互联关系。
优选的，上述输入节点和输出节点的互联关系由可编程逻辑电路控制，可编程输入量可以为二进制逻辑、离散逻辑或连续变量。
本发明提供一种实现如上述基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的系统，包括偏振不敏感多模耦合器、相位控制器阵列、芯片集成电极、可编程逻辑电路、多模分束器、偏振分束器、多个外接电极、偏振干涉仪，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出，通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化，构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明提出的量子互联信道交换方法，得益于芯片集成光路在大规模集成、超低损耗、阵列化批量制备、可编程逻辑电路控制等方面的优势，特别适合于为多节点量子通信网络提供灵活可控的量子互联信道交换。特别地，本发明提出的偏振不敏感光学干涉、双折射光程差补偿等理念，能够确保偏振编码量子态能够保真无损地完成量子互联信道交换方法。本发明为大规模量子通信网络提供了切实可行的光学链路切换手段，有望在量子路由器规模化推广之前，支持构建量子互联网并在端到端安全通信、分布式量子传感等方面发挥重要作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1示出了本发明基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法示意图；
图2示出了本发明三转三量子互联信道交换系统示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提供了一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的实施例，由偏振分束器、光学分束器以及通信信号处理器组成的系统执行，脉冲光学载波通过偏振不敏感的光学分束器分离至两条光学路径，每条光学路径包含的水平偏振光场和垂直偏振光场通过偏振分束器分离，将电压敏感二维层状材料覆于芯片集成波导表面并施加携带高速通信信号的调制电压、通过电致自由载流子调节波导折射率实现传输光场的通信信号加载；将光敏二维层状材料覆于芯片集成波导表面并接收光强辐照、通过光生自由载流子调节波导折射率实现传输光场的探测信号加载；通过正交偏振将通信信号和探测信号合束并传输，通过单一光电芯片实现通信探测信号的一体化处理。
在一些实施例中，芯片集成波导能够通过芯片集成光路标准工艺制备、具备一定的结构设计自由度、能够高效无损地传输光场、能够在自由载流子作用下产生折射率变化，芯片集成波导所用材料平台包括但不限于绝缘体上硅、载氢非晶硅、氮化硅、碳化硅、硫系玻璃、高折射率石英、三五族铝镓砷、三五族磷化铟等，既可采用单一材料集成方法，也可采用多材料混合集成方法；
在一些实施例中，镀层能够通过生长工艺控制参数、能够通过标准工艺无损转移至芯片集成波导表面并实现紧密贴合、能够以晶体结构和层状厚度为自由度精确调控电光参数；电压敏感二维层状材料镀层能够作为衬底稳定生长电极、在外界电压作用下产生自由载流子浓度变化等物理响应，光敏二维层状材料能够产生光致自由载流子并引起波导折射率变化，镀层材料包括但不限于石墨烯、二硫化钼、硫化钨、钙钛矿等，不限定具体结构参数和制备工艺。
在一些实施例中，通信传感信号一体化处理利用同一芯片集成光学系统实现通信信号和传感信号的生成和合并传输，通信信号和传感信号可编译于不同的光学自由度也可编译于同一光学自由度的不同基矢方向，编码自由度包括但不限于强度、偏振、相位、模式等，不限定波导结构参数、外接电极结构与工艺、编解码系统具体结构、探测方式，不限定具体通信编码协议和具体待测光场波段，不限定通信探测信号一体化处理的具体应用场景。
本发明提供了一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的实施例，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出；通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化；构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
本发明提供了一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的实施例，包括三部分，
一、面向量子互联信道交换的光学链路切换系统，即在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出；
二、各路径的偏振编码量子态维持，即通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化；
三、量子互联信道交换方法，构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
本发明提供了一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的实施例，具体包括：
S201、通过芯片集成光路标准工艺制备各器件波导结构，各器件之间通过偏振不敏感传输波导连接以确保横电模式和横磁模式对应的传输损耗近似相同；N个端口输入的量子通过偏振不敏感多模耦合器后等概率从N条光学路径输出，通过另一个偏振不敏感多模耦合器后从N各端口输出，每条光学路径均配备有偏振干涉仪用以补偿双折射光程差使得横电模式和横磁模式对应的端口-端口光程完全一致；
S202、通过芯片集成电路标准工艺制备偏振干涉仪所需控制电极，利用集成导线将控制电极和外接电路相连；
S203、将数字逻辑化的控制电压通过外接电路加载到路径选择光路中各偏振干涉仪的相位控制器上，一方面微调补偿各光学路径中的双折射光程差，另一方面控制相位控制器阵列的相位分布使得特定端口输入的量子以最大概率从特定端口输出，最终实现基于芯片集成光路的量子互联信道自由交换。
如图1所示本发明提供一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的实施例，具体包括：
S101、通过芯片集成光路标准工艺制备各器件波导结构，各器件之间通过偏振不敏感传输波导连接以确保横电模式和横磁模式对应的传输损耗近似相同；
S102、通过芯片集成电路标准工艺制备偏振干涉仪所需控制电极，利用集成导线将控制电极和外接电路相连；
S103、将数字逻辑化的控制电压通过外接电路加载到路径选择光路中各偏振干涉仪的相位控制器上，最终实现基于芯片集成光路的量子互联信道自由交换。
在一些实施例中，S101中具有N个端口，N个端口输入的量子通过偏振不敏感多模耦合器后等概率从N条光学路径输出，通过另一个偏振不敏感多模耦合器后从N各端口输出，每条光学路径均配备有偏振干涉仪用以补偿双折射光程差使得横电模式和横磁模式对应的端口-端口光程完全一致。
在一些实施例中，S103一方面微调补偿各光学路径中的双折射光程差，另一方面控制相位控制器阵列的相位分布使得特定端口输入的量子以最大概率从特定端口输出。
在一些实施例中，偏振不敏感多模耦合器通过芯片集成光路标准工艺制备、具有一定的结构设计自由度、高效无损地传输光场、横电模式和横磁模式的分束比、传输损耗及其他参数几乎完全一致、具有一定的调谐自由度。
在一些实施例中，所用材料包括但不限于绝缘体上硅、载氢非晶硅、氮化硅、碳化硅、硫系玻璃、三五族铝镓砷、三五族磷化铟等，既可采用单一材料集成方法，也可采用多材料混合集成方法。
在一些实施例中，相位控制器阵列通过芯片集成电路标准工艺制备、具备一定的结构设计自由度、能够对波导进行相位调谐。
在一些实施例中，调谐方式包括但不限于电光效应、热光效应、光生自由载流子效应等，能够通过控制电极-集成导线-引脚电极的方式连接到可编程逻辑电路，能够接受不同强度偏置电压并产生不同的相位分布，不限制控制电极、集成导线、引脚电极的结构尺寸和布线参数，不限制接口定义原则和逻辑编译方式。
在一些实施例中，量子互联信道交换的N个端口作为节点，N个节点作为输入，N个节点作为输出，通过芯片集成光路建立的光学链路切换系统，使得N个输入节点中的任一个可以同N个输出节点中的任一个在某一特定时刻建立互联关系。
在一些实施例中，输入节点和输出节点的互联关系由可编程逻辑电路控制，可编程输入量可以为二进制逻辑、离散逻辑或连续变量。
本发明提供一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换系统的实施例，包括偏振不敏感多模耦合器、相位控制器阵列、芯片集成电极、可编程逻辑电路、多模分束器、偏振分束器、多个外接电极、偏振干涉仪，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出，通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化，构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
如图2所示展示了三转三量子互联信道交换系统实施例，其结构工作原理如下：
(1)三个输入节点A1、B1、C1均可能输入一个量子，通过偏振不敏感多模耦合器后等概率进入三条光学路径中。对于横电模式和横磁模式两个正交偏振分量而言，偏振不敏感多模耦合器必须具有偏振无关的耦合比例和耦合损耗。
(2)在不同光学路径传输的量子通过偏振分束器后，按照特定的概率(取决于偏振方向)通过横电模式或横磁模式对应的两条光学路径，每条光学路径均由相位控制器控制，最后通过偏振合束器合并到同一光学路径中，此过程亦即偏振干涉仪。
(3)在不同光学路径传输的量子通过另一个偏振不敏感多模耦合器后，以特定概率从三个输出节点A2、B2、C2输出。任一输入端口到任一输出端口的光程保持不变，横电模式和横磁模式的群速度差异由偏振干涉仪两臂光程差补偿。
(4)将6个相位控制器置于各光学路径中，通过外接电极连接并控制相位分布。图中从左至右每两个电极为一组共包括三组电极，每组内两个电极的电压差用以微调补偿横电模式和横磁模式的光程差补偿；三组电极的电压差则用于控制三条光学路径的相位，使不同节点输入的量子能够按照要求从不同节点输出。亦即，通过九种不同的相位差分布，能够建立A1-A2、A1-B2、A1-C2、B1-A2、B1-B2、B1-C2、C1-A2、C1-B2、C1-C2九种光学链路，亦即实现了两组六节点间的量子互联信道交换。
本发明还提供一种计算机可读存储介质的实施例，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机程序的实施例，该程序被处理器执行时实现上述方法。
与现有技术相比，本发明提出的量子互联信道交换方法，得益于芯片集成光路在大规模集成、超低损耗、阵列化批量制备、可编程逻辑电路控制等方面的优势，特别适合于为多节点量子通信网络提供灵活可控的量子互联信道交换。特别地，本发明提出的偏振不敏感光学干涉、双折射光程差补偿等理念，能够确保偏振编码量子态能够保真无损地完成量子互联信道交换方法。本发明为大规模量子通信网络提供了切实可行的光学链路切换手段，有望在量子路由器规模化推广之前，支持构建量子互联网并在端到端安全通信、分布式量子传感等方面发挥重要作用。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出；通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化；构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能，所述方法具体包括：
S101、通过芯片集成光路标准工艺制备各器件波导结构，各器件之间通过偏振不敏感传输波导连接以确保横电模式和横磁模式对应的传输损耗近似相同；
S102、通过芯片集成电路标准工艺制备偏振干涉仪所需控制电极，利用集成导线将控制电极和外接电路相连；
S103、将数字逻辑化的控制电压通过外接电路加载到路径选择光路中各偏振干涉仪的相位控制器上，最终实现基于芯片集成光路的量子互联信道自由交换。
2.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述S101中具有N个端口，N个端口输入的量子通过偏振不敏感多模耦合器后等概率从N条光学路径输出，通过另一个偏振不敏感多模耦合器后从N个端口输出，每条光学路径均配备有偏振干涉仪用以补偿双折射光程差使得横电模式和横磁模式对应的端口-端口光程完全一致。
3.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述S103一方面微调补偿各光学路径中的双折射光程差，另一方面控制相位控制器阵列的相位分布使得特定端口输入的量子以最大概率从特定端口输出。
4.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述偏振不敏感多模耦合器通过芯片集成光路标准工艺制备、具有一定的结构设计自由度、高效无损地传输光场、横电模式和横磁模式的分束比、传输损耗及其他参数几乎完全一致、具有一定的调谐自由度。
5.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述相位控制器阵列通过芯片集成电路标准工艺制备、具备一定的结构设计自由度、能够对波导进行相位调谐。
6.根据权利要求2所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述量子互联信道交换的N个端口作为节点，N个节点作为输入，N个节点作为输出，通过芯片集成光路建立的光学链路切换系统，使得N个输入节点中的任一个可以同N个输出节点中的任一个在某一特定时刻建立互联关系。
7.根据权利要求6所述的基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法，其特征在于，所述输入节点和输出节点的互联关系由可编程逻辑电路控制，可编程输入量可以为二进制逻辑、离散逻辑或连续变量。
8.一种实现如权利要求1-7任一项所述基于芯片集成光路的量子互联信道交换方法的系统，包括偏振不敏感多模耦合器、相位控制器阵列、芯片集成电极、可编程逻辑电路、多模分束器、偏振分束器、多个外接电极、偏振干涉仪，在单一芯片上制备偏振不敏感多模耦合器和相位控制器阵列，构建低损耗多端口路径选择光路，通过相位控制器阵列相位分布的精确控制使特定端口输入的量子态能够按预期从特定端口输出，通过偏振分束器和补偿光路使沿各光学路径传输的量子在两个偏振分量上的光学路径保持一致，避免因为双折射而产生偏振编码量子态退化，构建相位分布与量子互联链路的一一对应关系，通过芯片集成电极和可编程逻辑电路控制芯片集成光路实现多节点量子通信网络的量子互联信道灵活交换功能。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法。
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