CN115730665A - 纠缠源仿真方法、装置及电子设备 - Google Patents

纠缠源仿真方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种纠缠源仿真方法、装置及电子设备，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子纠缠技术领域。具体实现方案为：获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程；基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数。

Description

纠缠源仿真方法、装置及电子设备
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子纠缠技术领域，具体涉及一种纠缠源仿真方法、装置及电子设备。
背景技术
量子纠缠是量子计算、量子通信和量子传感等量子科学技术的核心资源，可以通过纠缠源实现量子纠缠态的制备。
利用偏硼酸钡(BBO)晶体的自发参量下转换过程制备纠缠源相对易获得和易操作，在实际搭建纠缠源时，由于真实物理过程复杂、环境噪声等因素，在实际搭建完成前，不能确保其纠缠源整体品质符合实际应用或实验的预期，就产率而言，这会影响光量子装置的搭建和研发效率。因此，对纠缠源的仿真非常重要。
目前，纠缠源的仿真方式通常仅考虑BBO晶体的自发参量下转换的一阶项。
发明内容
本公开提供了一种纠缠源仿真方法、装置及电子设备。
根据本公开的第一方面，提供了一种纠缠源仿真方法，包括：
获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；
基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的；
基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
根据本公开的第二方面，提供了一种纠缠源仿真装置，包括：
获取模块，用于获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；
第一确定模块，用于基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的；
第二确定模块，用于基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。
根据本公开的技术解决了纠缠源的仿真结果准确性比较低的问题，提高了纠缠源的仿真结果的准确性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1是根据本公开第一实施例的纠缠源仿真方法的流程示意图；
图2是BBO晶体的自发参量下转换过程的原理示意图；
图3是本实施例中一具体示例的目标纠缠源的硬件结构示意图；
图4是一具体示例的纠缠源仿真方法的流程示意图；
图5是量子态的密度矩阵示意图；
图6是根据本公开第二实施例的纠缠源仿真装置的结构示意图；
图7是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
第一实施例
如图1所示，本公开提供一种纠缠源仿真方法，包括如下步骤：
步骤S101：获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光。
本实施例中，纠缠源仿真方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子纠缠技术领域，其可以广泛应用于纠缠源的仿真场景下。本公开实施例的纠缠源仿真方法，可以由本公开实施例的纠缠源仿真装置执行。本公开实施例的纠缠源仿真装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的纠缠源仿真方法。
该步骤中，目标纠缠源可以为激光型即Beam-Like型BBO纠缠光源，基于BBO晶体的纠缠光源是用于量子通信、光量子计算和光量子传感的基础硬件设备，其核心原理是利用BBO晶体的自发参量下转换过程制备量子纠缠态。
自发参量下转换过程如图2所示，一束泵浦光与BBO晶体的光轴成一定夹角时，可以满足相位匹配条件，此时高频的泵浦光会以一定概率转换(“劈裂”)为两束参量光，分别称之为寻常光(ordinary，简称o)和非寻常光(extraordinary，简称e)，如图2中虚线所示，上述过程称为自发参量下转换过程。
随着相位匹配角度的变化，两束参量光的空间分布也会发生变化，可以分为非共线、共线和Beam-Like型三种情况，图2反映的情况是Beam-Like型空间分布，也是目标纠缠源的仿真原理。可以利用两片Beam-Like型BBO晶体来搭建纠缠光源，即目标纠缠源包括两片BBO晶体，利用Beam-Like型BBO晶体制备目标纠缠源时，可以使用光胶将两片BBO晶体贴合到一起，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中可以将泵浦光转换为空间分布为Beam-Like型的两束参量光，以制备两量子比特纠缠态。
图3是本实施例中一具体示例的目标纠缠源的硬件结构示意图，如图3所示，目标纠缠源还可以包括半波片(Half Wave Plate，HWP)、四分之一波片(Quarter Wave Plate，QWP)、极化分束器(Polarization Beam Splitter)，PBS)，以及四个单光子探测器，分别用D1、D2、D3、D4表示，如上设备共同组成了测量系统，可以制备并测量两量子比特纠缠态。另外，如图3中两片BBO晶体(即BBO1和BBO2)之间设置的半波片为光胶，用于将两片BBO晶体贴合在一起。
其中，目标纠缠源可以包括两条光链路(即光路)，如图3所示，上路表示用于传输寻常光的光路，下路表示用于传输非寻常光的光路。
需要说明的是，为了便于阐述，目标纠缠源的硬件结构在不考虑任何波片的情况下，统一描述为如下式(1)所示的贝尔态形式。
Figure BDA0003969278250000041
其中，上式(1)中，|H>表示光子的水平偏振，|V>表示光子的垂直偏振，在寻常光的光路时，水平偏振状态的光子可以由探测器D2探测到，垂直偏振状态的光子可以由探测器D1探测到。在非寻常光的光路时，水平偏振状态的光子可以由探测器D3探测到，垂直偏振状态的光子可以由探测器D4探测到。
|HV>oe表示在劈裂为两束参量光(分别为o光和e光)的情况下，o光的偏振状态为水平偏振，而e光的偏振状态为垂直偏振。而|VH>oe表示在劈裂为两束参量光(分别为o光和e光)的情况下，o光的偏振状态为垂直偏振，而e光的偏振状态为水平偏振。
目标信息可以包括目标纠缠源的特征参数，该特征参数可以包括目标纠缠源所包括的硬件参数，如可以包括半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)的透过率和旋转角度，凸透镜和用于时间和空间补偿的BBO晶体的透过率，极化分束器(PBS)对水平偏振(H)光和垂直偏振(V)光的消光比。
该特征参数也可以包括用于表征目标纠缠源关于符合项的响应概率的特征参数，如可以包括四个单光子探测器的量子效率，两片BBO晶体的下转换概率。其中，量子效率指的是探测器可以探测到光子的概率，下转换概率指的是BBO晶体可以以多大概率进行自发参量下转换为两束参量光，符合项指的是符合计数项，当目标纠缠源的两条光路中均有一个探测器响应时，可以称为一次符合计数，相应的，两条光路的光子偏振状态可以称之为符合计数项。由于BBO晶体的下转换概率和四个单光子探测器的量子效率均会影响到目标纠缠源关于符合项的响应概率，因此，这些特征参数可以用于表征目标纠缠源关于符合项的响应概率。
目标信息还可以包括目标纠缠源的仿真参数，如可以包括泵浦激光器重复频率M，测量时间T，该泵浦激光器可以发射泵浦光。
目标信息的获取方式可以包括多种，比如，可以根据所需要仿真制备的两量子比特纠缠态预先设置目标纠缠源的特征参数和仿真参数，也可以获取预先存储的目标纠缠源的特征参数和仿真参数，这里不做具体限定。
步骤S102：基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的。
目前，基于BBO的纠缠源的仿真方式通常仅考虑自发参量下转换的一阶项。具体的，设定泵浦光重复频率为M，寻常光和非寻常光的收集效率为η。假设，BBO1的下转换概率为p1，BBO2的下转换概率为p2，1秒内的|VH>和|VH>这两个符合项的符合计数分别为BHV和BVH，则可以根据以下关系进行仿真。通常，仿真结果指的是纠缠源的符合计数。最终，可以得到两项非零的符合计数BHV和BVH，用下式(2)和下式(3)表示。
BHV＝p1Mη2 (2)
BVH＝p2Mη2 (3)
其中，收集效率包含了探测器的量子效率和链路上光学传输元件透过率的整体效率。
如上所述，该仿真结果是仅在自发参量下转换的一阶项下获得的，而实际的自发参量下转换过程是一个包含高阶项的过程，并遵循热分布。具体的，一阶过程对应的是：在一个泵浦脉冲内，寻常光和非寻常光链路各包含一个光子；二阶过程则对应：寻常光和非寻常光链路在一个脉冲内各下转换两个光子，以此类推。严格来说，包含二阶项在内的高阶项过程都会对仿真结果即符合计数B有所影响，因此，这会造成仿真精度的偏差。
而本实施例通过考虑自发参量下转换过程的高阶项即二阶项，可以使得目标纠缠源的仿真结果更加精确，以及贴合实际情况。
非共线空间分布的纠缠源只包含了一片BBO晶体，因此在考虑高阶项时较为简单，只涉及到一个自发参量下转换的物理过程。与之不同的，利用Beam-Like型的BBO晶体制备的目标纠缠源，需要使用光胶将两片BBO晶体贴合到一起，如图3所示。此时，需要考虑到三种情况，即各自的自发参量下转换过程，以及两片BBO晶体同时发生自发参量下转换的过程。
实际的符合计数主要来源于自发参量下转换的一阶过程，此时，BBO1和BBO2的下转换阶数为(1,0)和(0,1)，分别表示BBO1发生了自发参量下转换的一阶过程，而BBO2没有发生自发参量下转换，BBO1没有发生自发参量下转换，而BBO2发生了自发参量下转换的一阶过程。
在该种情况下，可以基于特征参数，确定目标纠缠源在自发参量下转换的一阶过程中引发的各个第一符合项的符合概率。
在一可选实施方式中，图3中上光路为寻常光o，下光路为非寻常光e。在泵浦光的单次脉冲中，可以得到两个非零的概率项，该概率项表示两片BBO晶体在自发参量下转换的一阶过程中引发的各个第一符合项(|HV>oe和|VH>oe)的符合概率，用下式(4)和(5)表示。
Figure BDA0003969278250000071
Figure BDA0003969278250000072
其中，p1和p2分别表示BBO1和BBO2的下转换概率，E1、E2、E3、E4分别表示四个单光子探测器(D1、D2、D3、D4)的量子效率。
在二阶过程中，两束参量光各包含两个光子，此时BBO1和BBO2的下转换阶数可以记为(2,0)、(0,2)和(1,1)，分别表示BBO1发生了自发参量下转换的二阶过程，而BBO2没有发生自发参量下转换，BBO1没有发生自发参量下转换，而BBO2发生了自发参量下转换的二阶转换，以及BBO1和BBO2同时发生了自发参量下转换的一阶过程。量子态形式可以写为如下式(6)所示。
Figure BDA0003969278250000073
其中，狄拉克符号中的“；”左边表示寻常光链路，如HH表示寻常光链路的两个光子的偏振状态均是水平偏振，右边表示非寻常光链路，如VV表示非寻常光链路的两个光子的偏振状态均是垂直偏振。
需要说明的是，严格来说，上式|Ψ>(2)的整体应除以一个系数来将量子态归一化，该系数的平方的含义可以解释为：|Ψ>(2)的各项概率加和与所有一阶和高阶项整体概率的比值。然而，考虑到实际产生|Ψ>(2)各项的概率只涉及p1和p2，因此，可以不进行归一化处理，不会对仿真结果造成影响。
考虑到探测器的量子效率后，得到各个第一符合项(|HH>oe、|VV>oe、|HV>oe和|VH>oe)的概率项分别用下式(7)、(8)、(9)和(10)表示。
Figure BDA0003969278250000074
Figure BDA0003969278250000081
Figure BDA0003969278250000082
Figure BDA0003969278250000083
在一可选实施方式中，在未对目标纠缠源中光学传输元件进行建模，即两束参量光未经过光学传输元件变换的情况下，即在计算第一符合项的概率时仅考虑到光的收集效率，此时，上述公式(4)、(5)以及(7)-(10)中量子效率的参数可以替换为收集效率。在该种情况下，可以将一阶过程和二阶过程中各个第一符合项的概率进行加和处理，以得到第一符合概率。
在另一可选实施方式中，在对目标纠缠源中光学传输元件进行建模，即两束参量光经过光学传输元件变换的情况下，在计算第一符合项的概率时，可以细化收集效率，同时考虑光学传输元件的变换和探测器的量子效率。在该种情况下，可以基于上述公式(4)、(5)以及(7)-(10)，将一阶过程和二阶过程中各个第一符合项的概率进行加和处理，得到未经过光学传输元件变换时各个第一符合项的符合概率，之后可以基于光学传输元件的特征参数对光学传输元件建模得到的变换矩阵，对该符合概率进行变换，以得到第一符合概率。
在又一可选实施方式中，测量系统的机制会引入偶然发生的符合计数(可以称之为偶然符合计数)，其含义为：当寻常光链路的某一个探测器以一定概率响应，非寻常光链路的某一个探测器也响应时，测量系统会记录一个该符合项的符合计数。需要说明的是，偶然符合计数同样会影响到仿真结果，进而直接影响目标纠缠源的仿真精度。因此，第一符合概率可以结合两片BBO晶体的自发参量下转换的两束参量光本身引发的各个第一符合项的符合概率和两条光路中各个第一符合项偶然符合的符合概率，即两者加和处理，以得到第一符合概率。
需要说明的是，第一符合项是对目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的，第一测量基不同，所引发的第一符合项也可以不同，如第一测量基为
Figure BDA0003969278250000084
时，符合项可以包括|HH>oe、|VV>oe、|HV>oe、|VH>oe。
步骤S103：基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
目标信息可以包括目标纠缠源的仿真参数，如测量时间为T，单位设定为秒，激光器重复频率为M赫兹，可以将该仿真参数与第一符合概率进行相乘处理，得到目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，分别用BHH、BHV、BVH、BVV表示。
其中，第一符合计数可以用于确定目标纠缠源制备的量子纠缠态的量子态特性，进一步可以基于量子态特性获得量子纠缠态的品质因数，品质因数可以包括保真度。
由于目标纠缠源制备的量子纠缠态的保真度可以相应检测到，因此，可以将检测得到的量子纠缠态的保真度与仿真得到的量子纠缠态的保真度进行比对，从而可以确定目标纠缠源的仿真精度。
本实施例中，通过考虑自发参量下转换过程的高阶项，可以使得目标纠缠源的仿真结果更加精确和可靠，以及贴合实际情况。并且，在实际搭建、设计、优化纠缠源前，即可对两比特量子态进行仿真，并得到相应测量基矢下和预期测量时间内的符合计数。仿真过程只需在计算机上进行，所需仿真开销小，极大地加速纠缠光源的迭代和研发过程。且所仿真的纠缠源是光量子计算、量子通信和光量子传感的基础硬件结构，被广泛用于这些领域的应用和实验中，因此适用范围广、实用性强。
另外，对于一个纠缠源来说，由于自发参量下转换过程高阶项等原因，其单位时间的符合计数和制备量子态的保真度往往会呈现反相关关系，本实施例可以应用到量子计算、量子通信、量子传感和装置无关的贝尔不等式验证等实验和工程中，其通常需要权衡保真度和符合计数的关系来达到实验或工程目的，因此，在实际搭建装置前，可以将硬件的特征参数压缩到更窄的区间，以此减少后期的硬件优化时间。
可选的，所述目标纠缠源包括用于测量所述两束参量光的两条光路，所述特征参数包括：所述两条光路中光学传输元件的第一特征参数，以及用于表征所述目标纠缠源关于所述第一符合项的响应概率的第二特征参数，所述方法还包括：
针对每条光路，基于所述光路中光学传输元件的第一特征参数，对所述光学传输元件进行建模，得到所述光学传输元件关于所述光路测量的参量光的第一变换矩阵；
基于所述第一变换矩阵，确定所述两条光路关于所述两束参量光的第二变换矩阵；
所述步骤S102具体包括：
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率。
相关技术中，通常是利用光的收集效率来进行纠缠源的仿真，收集效率指的是包含了探测器的量子效率和链路上光学元件透过率的整体效率。实际中，每个纠缠源的测量端所使用的探测器的量子效率各不相同，不能保证完全在一个数值上。而所使用的收集效率统一为η，会对最后的符合计数造成偏差。
本实施方式中，可以将收集效率η细化，以便更加精确地对纠缠源进行仿真。具体的，可以将每条光路分为两个部分，分别为光学传输元件部分和探测器部分，可以对目标纠缠源中光学传输元件进行建模，即两束参量光经过光学传输元件变换的情况下，在计算第一符合项的符合概率时，可以细化收集效率，同时考虑光学传输元件的变换和探测器的量子效率。
两束参量光的两条光路可以为寻常光即o光的光路和非寻常光即e光的光路，特征参数可以包括：两条光路中光学传输元件的第一特征参数，以及用于表征目标纠缠源关于第一符合项的响应概率的第二特征参数。
如图3所示，每条光路中光学传输元件可以包括HWP、QWP、凸透镜、用于时间和空间补偿的BBO晶体、PBS等，第一特征参数可以包括HWP、QWP的透过率和旋转角度，凸透镜、用于时间和空间补偿的BBO晶体的透过率，PBS对水平偏振(H)光和垂直偏振(V)光的消光比等。第二特征参数可以包括两片BBO晶体的下转换概率和探测器的量子效率。
可以针对每条光路，基于该光路中光学传输元件的第一特征参数，对光学传输元件进行建模，得到光学传输元件关于光路测量的参量光的第一变换矩阵。
设定θ为HWP光轴与水平方向的夹角，
Figure BDA0003969278250000101
为QWP光轴与水平方向的夹角，ηHWP和ηQWP分别为HWP与QWP的透过率，则其第一变换矩阵可以分别用下式(11)和(12)表示。
Figure BDA0003969278250000102
Figure BDA0003969278250000111
其中，JHWP为对HWP进行建模得到的第一变换矩阵，JQWP为对QWP进行建模得到的第一变换矩阵，i为虚部符号。
极化分束器的建模特征参数为水平偏振光和垂直偏振光的消光比，用rH和rV表示。理想情况下，水平偏振光全部从极化分束器的透射端出射，垂直偏振光全部从极化分束器的反射端出射。实际情况下，制作工艺的不完美使得其不能完全符合上述情况，因此，水平偏振光的消光比可以定义为：一束水平偏振光从极化分束器透射端出射的百分比；垂直偏振光消光比的含义为：一束垂直偏振光从极化分束器反射端出射的百分比。
需要注意的是，由于极化分束器位于测量端，因此，可以不考虑极化分束器引入的相位。相应的，可以对极化分束器建模得到的第一变换矩阵MPBS用下式(13)表示。
Figure BDA0003969278250000112
凸透镜(Lens)、用于时间和空间补偿的BBO晶体不会对光的极化方向造成改变，因此，在对这些光学传输元件的建模的特征参数仅考虑透过率，分别记为ηL和ηB，其第一变换矩阵分别为ML＝ηL×I2×2和MB＝ηB×I2×2，其中I2×2为单位矩阵。ML为对凸透镜建模得到的第一变换矩阵，MB为对用于时间和空间补偿的BBO晶体建模得到的第一变换矩阵。
之后，根据链路线性光学传输元件的建模，汇总其变换，得到第二变换矩阵J，用下式(14)表示。
Figure BDA0003969278250000113
其中，上标o和下标o均表示o光路，上标e和下标e均表示e光路。
相应的，在细化收集效率的情况下，可以基于第二特征参数和第二变换矩阵，确定目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率。第二特征参数可以包括探测器的量子效率，可以基于第二特征参数，确定在未考虑光学传输元件变换时各个第一符合项的符合概率，之后，将第二变换矩阵作用到该符合概率，以得到第一符合概率。
本实施方式中，通过将收集效率细化，将光路分为两个部分，分别为光学传输元件部分和探测器部分，可以对目标纠缠源中光学传输元件进行建模，即两束参量光经过光学传输元件变换的情况下，在计算第一符合项的符合概率时，同时考虑光学传输元件的变换和探测器的量子效率。如此，对纠缠源中光学传输元件进行建模，能够通过设置不同的特征参数来仿真制备不同的两光子量子态。
并且，可以对纠缠源的光学传输元件进行建模，是实际搭建纠缠源前，也可以带入实际元件的特征参数来判断硬件品质是否符合实验或工程要求，减少设计、研发和优化花费的时间。且仿真原理基于真实的物理过程，细致引入自发参量下转换过程的二阶项以及光学传输元件对仿真结果的影响，可以极大地提升仿真结果的可靠性和精确性，更加贴合实际情况。
可选的，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率，包括：
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率；
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率；
将所述第二符合概率和所述第三符合概率进行加和处理，得到所述第一符合概率。
在实际中，测量系统的机制会引入偶然符合计数，其含义为：当寻常光链路的某一个探测器以一定概率响应，非寻常光链路的某一个探测器也响应时，测量系统会认定该项为符合项，并记录该符合项的符合计数。需要说明的是，偶然符合计数为符合计数的噪声，同样会影响到仿真结果，进而直接影响纠缠光源的仿真精度。
可以基于第二特征参数和第二变换矩阵，确定两束参量光经过光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率，第二符合概率为由两片BBO晶体的自发参量下转换过程本身引入的第一符合项的符合概率。
同时，可以基于第二特征参数和第二变换矩阵，确定两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率，分别用
Figure BDA0003969278250000121
和
Figure BDA0003969278250000122
表示。
之后，将第二符合概率和第三符合概率进行加和处理，得到第一符合概率。
本实施方式中，通过在仿真过程中考虑到偶然符合计数，从而可以使得仿真结果更加准确，进而可以进一步提高纠缠光源的仿真精度。
可选的，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率，包括：
基于所述第二特征参数，确定所述两束参量光在未经过所述光学传输元件变换时所引发的各个第一符合项的第四符合概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第四符合概率进行更新，得到所述第二符合概率。
本实施方式中，可以将经过链路线性光学传输元件变换后的结果分为两个部分讨论。第一部分为不包括偶然符合的结果，其符合概率为第二符合概率。
可以令
Figure BDA0003969278250000131
为以下形式，
Figure BDA0003969278250000132
可以由两束参量光在未经过光学传输元件变换时所引发的各个第一符合项的第四符合概率组合，可以由上述公式(4)、(5)、(7)-(10)计算得到。
Figure BDA0003969278250000133
且有关系
Figure BDA0003969278250000134
其余三项同理，可以在
Figure BDA0003969278250000135
前除以一个常数来进行归一化，该系数的平方表征
Figure BDA0003969278250000136
的符合概率在所有情况下的占比，但计算不考虑偶然符合情况下的{|HH>oe,|HV>oe,|HV>oe,|VV>oe}的符合概率时，需要再乘以该系数，得到该部分实际的发生概率。因此，在这部分的计算暂不对其进行归一化处理，不会影响仿真结果。
相应的，将第二变换矩阵作用到第四符合概率，可以对第四符合概率进行更新，从而得到经过链路线性光学传输元件变换后各个第一符合项的第二符合概率，用下式(16)表示。
Figure BDA0003969278250000137
如此，可以实现对由两片BBO晶体的自发参量下转换过程本身引入的各个第一符合项的第二符合概率的确定。
可选的，每条光路包括两个探测器，所述探测器用于探测所述光路测量的参量光中与所述探测器匹配的偏振状态的光子，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率，包括：
针对每个探测器，基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第一响应概率进行更新，得到光子经过所述光学传输元件变换后所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第二响应概率；
基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率。
本实施方式中，每条光路包括两个探测器，探测器用于探测光路测量的参量光中与探测器匹配的偏振状态的光子，如图3所示，探测器D1用于探测o光路中垂直偏振状态的光子，探测器D2用于探测o光路中水平偏振状态的光子，探测器D3用于探测e光路中水平偏振状态的光子，探测器D4用于探测e光路中垂直偏振状态的光子。
针对每个探测器，可以基于第二特征参数，确定光子在未经过光学传输元件变换(即未考虑链路光学传输元件)时探测器对两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率。第一响应概率可以为自发参量下转换的一阶过程时，探测器对两个光路中各个偏振状态的光子的响应概率，也可以是结合自发参量下转换的一阶过程和二阶过程时，探测器对两个光路中各个偏振状态的光子的响应概率，这里不进行具体限定。
其中，偶然符合计数和单个探测器的响应概率有关，令单个探测器的响应概率的矢量为以下形式。
Figure BDA0003969278250000141
Figure BDA0003969278250000142
Figure BDA0003969278250000143
Figure BDA0003969278250000144
其中，
Figure BDA0003969278250000145
表示探测器Dk的响应概率矢量，k＝1,2,3,4。
Figure BDA0003969278250000146
中，Po-V为探测器D1对o光路中垂直偏振状态的光子的第一响应概率，
Figure BDA0003969278250000147
中，Po-H为探测器D2对o光路中水平偏振状态的光子的第一响应概率，其他类似，这里不进行赘述。
可以将第二变换矩阵作用到第一响应概率上，可以对第一响应概率进行更新，从而得到经过链路线性光学传输元件变换后探测器对两个光路中各个偏振状态的光子的第二响应概率，其更新用下式表示。
Figure BDA0003969278250000151
Figure BDA0003969278250000152
Figure BDA0003969278250000153
Figure BDA0003969278250000154
之后，可以基于第二响应概率，确定第三符合概率，即两条光路均有探测器响应，且光子偏振状态满足符合项的符合概率。
本实施方式中，通过确定单个探测器的响应概率，并考虑链路线性光学传输元件的变换，从而基于单个探测器的响应概率，实现由于探测器响应而导致的各个第一符合项偶然发生的第三符合概率的确定。
可选的，所述基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率，包括：
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述一阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第三响应概率；
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述二阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第四响应概率；
将所述第三响应概率和所述第四响应概率进行加和处理，得到所述第一响应概率。
本实施方式中，计算由于自发参量下转换的一阶和二阶过程所导致的单个探测器的响应概率，如图3所示，由于存在四个探测器，因此，需要考虑四种情况。一阶过程中，针对{D1,D2,D3,D4}中的单个探测器，可以得到探测器的响应概率(即第三响应概率)分别为：
Figure BDA0003969278250000155
Figure BDA0003969278250000156
Figure BDA0003969278250000157
Figure BDA0003969278250000158
其中，上标表示自发参量下转换的一阶项，下标表示参量光对偏振状态。例如，
Figure BDA0003969278250000159
为一阶过程中探测器D1对于o光路中垂直偏振状态的光子的响应概率，即一阶过程时o光路为垂直偏振状态的概率，
Figure BDA00039692782500001510
为一阶过程中探测器D3对于e光路中水平偏振状态的光子的响应概率，其他类似，这里不进行赘述。
考虑二阶过程，此时单个探测器的响应概率(即第四响应概率)分别为：
Figure BDA0003969278250000161
Figure BDA0003969278250000162
Figure BDA0003969278250000163
Figure BDA0003969278250000164
其中，上标表示自发参量下转换的二阶项，下标表示参量光对偏振状态。例如，
Figure BDA0003969278250000165
为二阶过程中探测器D1对于o光路中垂直偏振状态的光子的响应概率，即二阶过程时o光路为垂直偏振状态的概率。
之后，可以将第三响应概率和第四响应概率进行加和处理，即可以得到四个探测器在不考虑链路光学传输元件的情况下的第一响应概率，分别为：
Figure BDA0003969278250000166
Figure BDA0003969278250000167
Figure BDA0003969278250000168
Figure BDA0003969278250000169
如此，可以实现第一响应概率的确定。
可选的，所述基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率，包括：
针对每个第一符合项，基于所述第二响应概率，确定所述第一符合项中关于每个光路所表征的偏振状态的光子在所述光路中探测器的第五响应概率；
将所述两个光路对应的两个所述第五响应概率进行相乘处理，得到所述第三符合概率。
本实施方式中，在得到第二响应概率(用
Figure BDA00039692782500001610
表示)的基础上，可以针对每个第一符合项，基于第二响应概率，确定第一符合项中关于每个光路所表征的偏振状态的光子在该光路中探测器的第五响应概率。
比如，针对第一符合项|HH>oe，o光路中光子的偏振状态为水平偏振，其第五响应概率为
Figure BDA00039692782500001611
e光路中光子的偏振状态也为水平状态，其第五响应概率为
Figure BDA00039692782500001612
则第一符合项|HH>oe偶然发生的第三符合概率为
Figure BDA0003969278250000171
其他第一符合项偶然发生的第三符合概率分别为：
Figure BDA0003969278250000172
Figure BDA0003969278250000173
Figure BDA0003969278250000174
其中，上式中
Figure BDA0003969278250000175
表示
Figure BDA0003969278250000176
列向量中的第1项，其物理含义为初始为o光的水平偏振态时，再经链路光学传输元件变换后，从o光链路PBS透射端出射的概率，其他同理。
如此，可以基于第二响应概率，实现第三符合概率的确定。
相应的，设测量时间为T，单位设定为秒，激光器重复频率为M赫兹。可以获得各个第一符合项的第一符合计数，分别为：
Figure BDA0003969278250000177
Figure BDA0003969278250000178
Figure BDA0003969278250000179
Figure BDA00039692782500001710
需要说明的是，在实际纠缠光源搭建时，通常需要调节用于时间和空间补偿的BBO晶体来将量子态在
Figure BDA00039692782500001711
下的相对相位调整为零，因此在计算各符合项的符合概率时，可以不考虑相位，不会对仿真结果造成影响。
以下一具体示例详细介绍本实施例中的纠缠源仿真方法，图4是一具体示例的纠缠源仿真方法的流程示意图，如图4所示，其流程如下：
输入：目标信息，具体包括：
a.探测器{D1,D2,D3,D4}的量子效率{E1,E2,E3,E4}；
b.泵浦激光器重复频率M，测量时间T；
c.半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)透过率，ηHWP、ηQWP，以及旋转角度θ和
Figure BDA00039692782500001712
d.凸透镜和用于时间和空间补偿的BBO晶体的透过率，ηL和ηB；
e.极化分束器(PBS)对水平偏振(H)光和垂直偏振(V)光的消光比，rH、rV；
f.两片BBO晶体的下转换概率，p1、p2。
第一步：计算初始一阶和二阶过程的符合概率，以及各单链路概率。
a.根据输入的目标信息，计算两个非零一阶项|HV>oe和|VH>oe的概率
Figure BDA0003969278250000181
和
Figure BDA0003969278250000182
b.根据输入的目标信息，计算四个二阶项的概率
Figure BDA0003969278250000183
c.汇总第一步a和b的结果，得到未归一化的量子态矢量
Figure BDA0003969278250000184
Figure BDA0003969278250000185
d.根据输入的目标信息，计算四个探测器分别的响应概率，
Figure BDA0003969278250000186
和
Figure BDA0003969278250000187
得到矢量
Figure BDA0003969278250000188
其中k＝1,2,3,4。
第二步：计算线性光学传输元件变换后的概率。
a.根据半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)透过率，ηHWP、ηQWP，以及旋转角度θ和
Figure BDA0003969278250000189
凸透镜和用于时间和空间补偿的BBO晶体的总透过率，ηL&B；极化分束器(PBS)对水平偏振(H)光和垂直偏振(V)光的消光比，rH、rV，以及第一步的结果，计算经光学链路线性元件变换后的符合概率，即
Figure BDA00039692782500001810
b.根据第二步中a列出的链路元件特征参数，以及第一步中各项的量子态矢量形式，计算各单链路光学元件变换后的矢量
Figure BDA00039692782500001811
其中k＝1,2,3,4。
第三步：计算总符合计数。
a.根据第二步中b的结果，计算偶然符合的概率
Figure BDA00039692782500001812
b.设定预期的测量累计时间T和激光器重复频率M，根据第二步a和第三步a的结果，获得符合计数BHH，BHV、BVH、BVV；
输出：输出四项符合计数BHH，BHV、BVH、BVV，完成Beam-Like型纠缠源的仿真。
可选的，所述目标纠缠源包括第一波片，所述第一波片为所述目标纠缠源中的光学传输元件，所述方法还包括：
调整所述第一波片的旋转角度和对所述目标纠缠源执行测量的测量基，以确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的第二符合项的第五符合概率；
基于所述第五符合概率，确定所述目标纠缠源在所述第二符合项下的第二符合计数，所述第二符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
本实施方式中，第一波片可以包括半波片和四分之一波片，调整第一波片的旋转角度，并执行不同测量基下的测量，以在不同测量基矢下对纠缠源进行重新仿真(其仿真方式与第一测量基下的仿真方式类似)，这样可以得到目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的第二符合项的第五符合概率。相应的，可以基于第五符合概率确定目标纠缠源在第二符合项下的第二符合计数，第二符合计数可以结合第一符合计数确定目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
在一可选实施方式中，各个符合项的符合计数用下表1表示。
表1各个符合项的符合计数
Figure BDA0003969278250000191
其中，|H>和|V>分别表示水平和垂直偏振态；
Figure BDA0003969278250000192
和
Figure BDA0003969278250000193
表示对角和反对角偏振态；
Figure BDA0003969278250000194
和
Figure BDA0003969278250000195
表示左旋和右旋偏振态；|DR>表示o光为对角偏振态，e光为右旋偏振态，其他同理。
如此，可以进一步实现对目标纠缠源的仿真。
可选的，所述步骤S103之后，还包括：
基于所述第一符合计数和所述第二符合计数，重构所述目标纠缠态制备的量子纠缠态的密度矩阵；
基于所述密度矩阵，确定所述量子纠缠态的保真度，所述品质因数包括所述保真度。
本实施方式中，可以基于第一符合计数和第二符合计数，采用量子层析测量，来重构目标纠缠态制备的量子纠缠态的密度矩阵。
一个任意的两比特系统的密度矩阵可以由15个独立的实参表示，为
Figure BDA0003969278250000196
密度矩阵具体为：
Figure BDA0003969278250000197
其中，
Figure BDA0003969278250000198
表示下三角矩阵，为：
Figure BDA0003969278250000201
可以利用上表1中的各项累计计数构建似然函数
Figure BDA0003969278250000202
通过最小化似然函数得到15个实参的值，进而通过上述ρ和
Figure BDA0003969278250000203
的表达式得到两比特量子态的密度矩阵。
该密度矩阵可以反映量子纠缠态的量子态特性，相应可以基于该密度矩阵，采用现有的或新的方式确定量子纠缠态的保真度。
如此，可以实现目标纠缠源的仿真，得到目标纠缠源制备的量子纠缠态的保真度。
以下一个具体案例给出纠缠源制备两光子最大纠缠态|Φ+>的仿真结果，并通过量子层析测量来重构结果量子态的密度矩阵。可以将模拟参数设置如下：
BBO1和BBO2的概率为p1＝0.013和p2＝0.012；
探测器{D1,D2,D3,D4}的量子效率分别为{0.65,0.62,0.66,0.64}；
符合计数累计采集时间为1秒；
泵浦激光器重复频率为8×107Hz；
透镜和用于时间和空间补偿的BBO透过率为0.997和0.99；
将量子态|Ψ+>转化为|Φ+>的半波片放置于寻常光光路，设置为45°，透过率设置为0.994；其中，该半波片可以根据所需要仿真的量子纠缠态灵活设置，用于进行量子态的转化；
用于寻常光和非寻常光光路的测量元件参数，即依次为四分之一波片透过率、半波片透过率、极化分束器对H和V偏振光的消光比，透过率分别设置为{0.992,0.995,0.999,0.991}o和{0.994,0.991,0.999,0.99}e。
设定不同的波片角度，执行不同测量基下的测量，得到仿真结果如上表1所示。
通过上表1中的仿真结果，通过量子层析测量来重构模拟量子态的密度矩阵，其密度矩阵的结果如图5所示，左图为密度矩阵的实数部分，右图为密度矩阵的虚数部分，基于该密度矩阵可以得到最大纠缠态的保真度为0.9785。
理想情况下，该量子态应只包括四个非零项，均为0.5，位于实数部分的四个角落，即|HH><HH|、|HH><VV|、|VV><HH|、|VV><VV|。而由于纠缠源的下转换过程存在高阶项，以及测量系统的测量机制所导致的偶然符合计数，导致各项的符合计数会有起伏，如图5展示的数据图所示，非常好的反映了这一真实的物理过程，因此，可以清晰地展现本实施例中纠缠源仿真方法的完备性和准确性。
对于一个纠缠源来说，由于自发参量下转换过程高阶项和偶然符合的原因，其单位时间的符合计数和制备量子态的保真度会往往呈现反相关关系，例如，如果通过调节激光器输出功率来提高下转换概率，则会导致量子态的保真度下降。将BBO晶体的下转换概率提升至原来的两倍，即p1＝0.026和p2＝0.024，则此时仿真量子态的保真度为0.96384。
而在实现量子计算、量子通信、量子传感和装置无关的贝尔不等式验证等实验和工程中，常常需要权衡保真度和符合计数率的关系来达到实验或工程目的，因此，本实施例有助于在实际搭建装置前，将硬件的特征参数压缩到更窄的区间，以此减少后期的硬件优化时间。此外，对纠缠源常用的光学元件进行建模，是实际搭建纠缠源前，也可以带入实际元件的特征参数来判断硬件品质是否符合实验或工程要求，减少设计、研发和优化花费的时间。
第二实施例
如图6所示，本公开提供一种纠缠源仿真装置600，包括：
获取模块601，用于获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；
第一确定模块602，用于基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的；
第二确定模块603，用于基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
可选的，所述目标纠缠源包括用于测量所述两束参量光的两条光路，所述特征参数包括：所述两条光路中光学传输元件的第一特征参数，以及用于表征所述目标纠缠源关于所述第一符合项的响应概率的第二特征参数，所述装置还包括：
建模模块，用于针对每条光路，基于所述光路中光学传输元件的第一特征参数，对所述光学传输元件进行建模，得到所述光学传输元件关于所述光路测量的参量光的第一变换矩阵；
第三确定模块，用于基于所述第一变换矩阵，确定所述两条光路关于所述两束参量光的第二变换矩阵；
所述第一确定模块，具体用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率。
可选的，所述第一确定模块602包括：
第一确定子模块，用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率；
第二确定子模块，用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率；
加和处理子模块，用于将所述第二符合概率和所述第三符合概率进行加和处理，得到所述第一符合概率。
可选的，所述第一确定子模块，具体用于：
基于所述第二特征参数，确定所述两束参量光在未经过所述光学传输元件变换时所引发的各个第一符合项的第四符合概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第四符合概率进行更新，得到所述第二符合概率。
可选的，每条光路包括两个探测器，所述探测器用于探测所述光路测量的参量光中与所述探测器匹配的偏振状态的光子，所述第二确定子模块包括：
第一确定单元，用于针对每个探测器，基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率；
更新单元，用于基于所述第二变换矩阵，对所述第一响应概率进行更新，得到光子经过所述光学传输元件变换后所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第二响应概率；
第二确定单元，用于基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率。
可选的，所述第一确定单元，具体用于：
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述一阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第三响应概率；
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述二阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第四响应概率；
将所述第三响应概率和所述第四响应概率进行加和处理，得到所述第一响应概率。
可选的，所述第二确定单元，具体用于：
针对每个第一符合项，基于所述第二响应概率，确定所述第一符合项中关于每个光路所表征的偏振状态的光子在所述光路中探测器的第五响应概率；
将所述两个光路对应的两个所述第五响应概率进行相乘处理，得到所述第三符合概率。
可选的，所述目标纠缠源包括第一波片，所述第一波片为所述目标纠缠源中的光学传输元件，所述装置还包括：
调整模块，用于调整所述第一波片的旋转角度和对所述目标纠缠源执行测量的测量基，以确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的第二符合项的第五符合概率；
第四确定模块，用于基于所述第五符合概率，确定所述目标纠缠源在所述第二符合项下的第二符合计数，所述第二符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
可选的，还包括：
重构模块，用于基于所述第一符合计数和所述第二符合计数，重构所述目标纠缠态制备的量子纠缠态的密度矩阵；
第五确定模块，用于基于所述密度矩阵，确定所述量子纠缠态的保真度，所述品质因数包括所述保真度。
本公开提供的纠缠源仿真装置600能够实现纠缠源仿真方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图7示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图7所示，设备700包括计算单元701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的计算机程序或者从存储单元708加载到随机访问存储器(RAM)703中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还可存储设备700操作所需的各种程序和数据。计算单元701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。
设备700中的多个部件连接至I/O接口705，包括：输入单元706，例如键盘、鼠标等；输出单元707，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元708，例如磁盘、光盘等；以及通信单元709，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元709允许设备700通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元701可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元701的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元701执行上文所描述的各个方法和处理，例如纠缠源仿真方法。例如，在一些实施例中，纠缠源仿真方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元708。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 702和/或通信单元709而被载入和/或安装到设备700上。当计算机程序加载到RAM 703并由计算单元701执行时，可以执行上文描述的纠缠源仿真方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元701可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行纠缠源仿真方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (21)

1.一种纠缠源仿真方法，包括：
获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；
基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的；
基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标纠缠源包括用于测量所述两束参量光的两条光路，所述特征参数包括：所述两条光路中光学传输元件的第一特征参数，以及用于表征所述目标纠缠源关于所述第一符合项的响应概率的第二特征参数，所述方法还包括：
针对每条光路，基于所述光路中光学传输元件的第一特征参数，对所述光学传输元件进行建模，得到所述光学传输元件关于所述光路测量的参量光的第一变换矩阵；
基于所述第一变换矩阵，确定所述两条光路关于所述两束参量光的第二变换矩阵；
所述基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，包括：
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率，包括：
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率；
基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率；
将所述第二符合概率和所述第三符合概率进行加和处理，得到所述第一符合概率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率，包括：
基于所述第二特征参数，确定所述两束参量光在未经过所述光学传输元件变换时所引发的各个第一符合项的第四符合概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第四符合概率进行更新，得到所述第二符合概率。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，每条光路包括两个探测器，所述探测器用于探测所述光路测量的参量光中与所述探测器匹配的偏振状态的光子，所述基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率，包括：
针对每个探测器，基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第一响应概率进行更新，得到光子经过所述光学传输元件变换后所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第二响应概率；
基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率，包括：
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述一阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第三响应概率；
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述二阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第四响应概率；
将所述第三响应概率和所述第四响应概率进行加和处理，得到所述第一响应概率。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率，包括：
针对每个第一符合项，基于所述第二响应概率，确定所述第一符合项中关于每个光路所表征的偏振状态的光子在所述光路中探测器的第五响应概率；
将所述两个光路对应的两个所述第五响应概率进行相乘处理，得到所述第三符合概率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标纠缠源包括第一波片，所述第一波片为所述目标纠缠源中的光学传输元件，所述方法还包括：
调整所述第一波片的旋转角度和对所述目标纠缠源执行测量的测量基，以确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的第二符合项的第五符合概率；
基于所述第五符合概率，确定所述目标纠缠源在所述第二符合项下的第二符合计数，所述第二符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
9.根据权利要求8所述的方法，所述基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数之后，还包括：
基于所述第一符合计数和所述第二符合计数，重构所述目标纠缠态制备的量子纠缠态的密度矩阵；
基于所述密度矩阵，确定所述量子纠缠态的保真度，所述品质因数包括所述保真度。
10.一种纠缠源仿真装置，包括：
获取模块，用于获取目标信息，所述目标信息包括目标纠缠源的特征参数，所述目标纠缠源包括两片偏硼酸钡BBO晶体，两片BBO晶体在自发参量下转换过程中将泵浦光转换为空间分布为激光型的两束参量光；
第一确定模块，用于基于所述特征参数，确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的各个第一符合项的第一符合概率，所述第一符合项用于表征所述两束参量光中光子的偏振状态，所述自发参量下转换过程包括所述两片BBO晶体的自发参量下转换的一阶过程和二阶过程，所述第一符合概率用于表征所述目标纠缠源在所述一阶过程和二阶过程中引发所述第一符合项的总概率，所述第一符合项是对所述目标纠缠源执行第一测量基下的测量引发的；
第二确定模块，用于基于所述第一符合概率，确定所述目标纠缠源在各个第一符合项下的第一符合计数，所述第一符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述目标纠缠源包括用于测量所述两束参量光的两条光路，所述特征参数包括：所述两条光路中光学传输元件的第一特征参数，以及用于表征所述目标纠缠源关于所述第一符合项的响应概率的第二特征参数，所述装置还包括：
建模模块，用于针对每条光路，基于所述光路中光学传输元件的第一特征参数，对所述光学传输元件进行建模，得到所述光学传输元件关于所述光路测量的参量光的第一变换矩阵；
第三确定模块，用于基于所述第一变换矩阵，确定所述两条光路关于所述两束参量光的第二变换矩阵；
所述第一确定模块，具体用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述第一符合概率。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两束参量光经过所述光学传输元件变换后引发各个第一符合项的第二符合概率；
第二确定子模块，用于基于所述第二特征参数和所述第二变换矩阵，确定所述两条光路中各个第一符合项偶然符合的第三符合概率；
加和处理子模块，用于将所述第二符合概率和所述第三符合概率进行加和处理，得到所述第一符合概率。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一确定子模块，具体用于：
基于所述第二特征参数，确定所述两束参量光在未经过所述光学传输元件变换时所引发的各个第一符合项的第四符合概率；
基于所述第二变换矩阵，对所述第四符合概率进行更新，得到所述第二符合概率。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，每条光路包括两个探测器，所述探测器用于探测所述光路测量的参量光中与所述探测器匹配的偏振状态的光子，所述第二确定子模块包括：
第一确定单元，用于针对每个探测器，基于所述第二特征参数，确定光子在未经过所述光学传输元件变换时所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第一响应概率；
更新单元，用于基于所述第二变换矩阵，对所述第一响应概率进行更新，得到光子经过所述光学传输元件变换后所述探测器对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第二响应概率；
第二确定单元，用于基于所述第二响应概率，确定所述第三符合概率。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第一确定单元，具体用于：
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述一阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第三响应概率；
基于所述第二特征参数，确定所述探测器在所述二阶过程中对所述两个光路中各个偏振状态的光子的第四响应概率；
将所述第三响应概率和所述第四响应概率进行加和处理，得到所述第一响应概率。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第二确定单元，具体用于：
针对每个第一符合项，基于所述第二响应概率，确定所述第一符合项中关于每个光路所表征的偏振状态的光子在所述光路中探测器的第五响应概率；
将所述两个光路对应的两个所述第五响应概率进行相乘处理，得到所述第三符合概率。
17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述目标纠缠源包括第一波片，所述第一波片为所述目标纠缠源中的光学传输元件，所述装置还包括：
调整模块，用于调整所述第一波片的旋转角度和对所述目标纠缠源执行测量的测量基，以确定所述目标纠缠源在自发参量下转换过程中引发的第二符合项的第五符合概率；
第四确定模块，用于基于所述第五符合概率，确定所述目标纠缠源在所述第二符合项下的第二符合计数，所述第二符合计数用于确定所述目标纠缠源制备的量子纠缠态的品质因数。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括：
重构模块，用于基于所述第一符合计数和所述第二符合计数，重构所述目标纠缠态制备的量子纠缠态的密度矩阵；
第五确定模块，用于基于所述密度矩阵，确定所述量子纠缠态的保真度，所述品质因数包括所述保真度。
19.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-9中任一项所述的方法。
20.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。
21.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-9中任一项所述的方法。
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