一种贝尔态投影测量装置及投影测量方法

技术领域

本申请属于量子通信技术领域，具体而言，涉及一种贝尔态投影测量装置及投影测量方法。

背景技术

贝尔态是一组量子态，用于描述两个粒子之间纠缠的状态，也是最简单的两体量子纠缠态。贝尔态包括如下四种纠缠态：

对贝尔态测量是量子信息和量子计算领域中最基本的要求。贝尔态投影测量的装置被应用于量子计算机、测量设备无关量子密钥分发等系统中，同时也是这些设备和系统的基础核心组件之一。

目前的贝尔态投影测量装置基本采用相位或偏振编码实现，然而相位编码需要高速调制器件、成本高且工艺难度大；片上偏振器件消光比等参数低，偏振性能差且片上偏振调制器和技术均不成熟，因此本申请提出一种基于路径编码的贝尔态投影测量装置及投影测量方法。

发明内容

基于上述内容，本申请提供一种贝尔态投影测量装置及投影测量方法，对输入的处于贝尔态的一对光子进行路径编码，通过一个MZ干涉仪对输入光子的路径实现切换以及两个MZ干涉仪对接收的光子进行H门操作达到对输入贝尔态的分辨，实现投影测量；具体方案如下：

第一方面，本申请公开了一种贝尔态投影测量装置，包括四个入射端口、第一MZ干涉仪、第二MZ干涉仪、第三MZ干涉仪、控制芯片、四个单光子探测器和符合计数器；四个入射端口分别为第一入射端口、第二入射端口、第三入射端口和第四入射端口，四个单光子探测器分别为第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器和第四单光子探测器；

入射端口用于接收处于贝尔态的一对光子，一个光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，另一个光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，且第一入射端口和第三入射端口用于接收|0＞态光子、第二入射端口和第四入射端口用于接收|1>态光子；

第一MZ干涉仪用于将接收的光子以交叉状态或直通状态输出，第一MZ干涉仪的输入上端与第一入射端口连接，其输入下端与第二入射端口连接，其输出上端与第二MZ干涉仪的输入上端连接，其输出下端与第三MZ干涉仪的输入上端连接；

第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪均用于对经过其路径上的光子进行H门操作，使接收光子的量子态演化为：

第一单光子探测器和第二单光子探测器用于对第二MZ干涉仪输出的光子进行探测，第三单光子探测器和第四单光子探测器用于对第三MZ干涉仪输出的光子进行探测，四个单光子探测器的输出端均与符合计数器连接，符合计数器用于对其中两个单光子探测器在一个窗口时间内均探测到光子进行计数以及记录相应单光子探测器的响应结果，同时将计数结果以及相应单光子探测器的响应结果反馈给控制芯片；

三个MZ干涉仪和符合计数器均与控制芯片连接，控制芯片用于调制三个MZ干涉仪以及对符合计数器反馈的信息分析判断。

进一步地，贝尔态投影测量装置还包括四个电延时模块，四个电延时模块的输入端分别与四个单光子探测器的输出端一一对应连接，四个电延时模块的输出端均与符合计数器连接，电延时模块对相应单光子探测器输出的电信号进行延时，使各单光子探测器输出的电信号同时到达符合计数器。

进一步地，贝尔态投影测量装置还包括两个光延时模块，分别为第一光延时模块和第二光延时模块，第一光延时模块设置在第三入射端口与第二MZ干涉仪输入下端的传输路径上，第二光延时模块设置在第四入射端口与第三MZ干涉仪输入下端的传输路径上，两个光延时模块分别对经过其上的光子进行延时处理，使处于贝尔态的一对光子同时到达相应的单光子探测器。

优选地，四个单光子探测器均为光子数分辨探测器。

进一步地，三个MZ干涉仪均包括第一50:50分束器、干涉上臂、干涉下臂、第二50:50分束器和相位调制器，干涉上臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出上端和第二50:50分束器的输入上端，干涉下臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出下端和第二50:50分束器的输入下端，相位调制器设置在干涉上臂或干涉下臂上；三个MZ干涉仪中的相位调制器均与控制芯片连接。

进一步地，第一MZ干涉仪中的相位调制器的相位设置为0时，第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出；第一MZ干涉仪中的相位调制器的相位设置为π时，第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出。

进一步地，第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪中的相位调制器的相位调制为π/2。

第二方面，本申请公开了一种贝尔态投影测量方法，所述方法应用于贝尔态投影测量装置，所述方法包括：

入射端口接收处于贝尔态的一对光子，一个光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，另一个光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，且第一入射端口和第三入射端口接收|0>态光子、第二入射端口和第四入射端口接收|1>态光子；

控制芯片调制三个MZ干涉仪，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态和交叉状态中的一种状态输出，使第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对经过其路径上的光子进行H门操作；

第一单光子探测器和第二单光子探测器对第二MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应，第三单光子探测器和第四单光子探测器对第三MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应；

符合计数器对其中两个单光子探测器在一个窗口时间内均探测到光子进行计数以及记录相应单光子探测器的响应结果，同时将计数结果以及相应单光子探测器的响应结果反馈给控制芯片；

控制芯片对符合计数器反馈的信息分析判断，若分析获取两个光子均被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态和交叉状态中的另一种状态输出，重复上述过程后结束投影测量，确定两个光子所处的贝尔态。

总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本申请提供了一种贝尔态投影测量装置及投影测量方法，基于路径编码，通过设置三个MZ干涉仪、四个单光子探测器和符合计数器实现对贝尔态的投影测量，一个MZ干涉仪在控制芯片的作用下实现对输入光子的路径切换，另两个MZ干涉仪对输入的光子实现H门操作，四个单光子探测器对经过H门操作的两个光子进行探测和响应并将信号传输给符合计数器，控制芯片根据符合计数器反馈的响应结果确定两个光子所处的贝尔态。本申请结构简单紧凑、光路稳定且易于片上集成，因此降低了贝尔态投影测量的工艺难度和成本；且相较于偏振编码，本申请具有较高的消光比参数，保证了投影测量效率和精度。

附图说明

为更清楚地说明本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他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种贝尔态投影测量装置的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的一种贝尔态投影测量装置的结构示意图；

图3为本申请再一实施例提供的一种贝尔态投影测量装置的结构示意图；

图4为基于图1提供的一种贝尔态投影测量装置的原理示意图；

图5为基于图1提供的一种贝尔态投影测量装置的另一原理示意图；

图6为本申请实施例提供的一种贝尔态投影测量装置的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。

贝尔态包括四种纠缠态，对贝尔态测量是量子信息和量子计算领域中最基本的要求，目前的贝尔态投影测量装置基本采用相位或偏振编码实现，然而相位编码需要高速调制器件、成本高且工艺难度大；片上偏振器件消光比等参数低，偏振性能差且片上偏振调制器和技术均不成熟。

基于此，本申请提供一种贝尔态投影测量装置，如图1所示，包括四个入射端口、第一MZ干涉仪、第二MZ干涉仪、第三MZ干涉仪、控制芯片、四个单光子探测器和符合计数器；四个入射端口分别为第一入射端口、第二入射端口、第三入射端口和第四入射端口，四个单光子探测器分别为第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器和第四单光子探测器。

入射端口用于接收处于贝尔态的一对光子，一个光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，另一个光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，且第一入射端口和第三入射端口用于接收|0>态光子、第二入射端口和第四入射端口用于接收|1>态光子。

为了便于理解，可以将处于贝尔态的一对光子，命名为第一光子和第二光子。第一光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，具体从哪个端口输入与第一光子的量子态有关。若第一光子为|0>态，则从第一入射端口输入，若第一光子为|1>态，则从第二入射端口输入。第二光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，同样地，具体从哪个端口输入与第二光子的量子态有关，若第二光子为|0>态，则从第三入射端口输入，若第二光子为|1>态，则从第四入射端口输入。

第一MZ干涉仪用于将接收的光子以交叉状态或直通状态输出，第一MZ干涉仪的输入上端与第一入射端口连接，其输入下端与第二入射端口连接，其输出上端与第二MZ干涉仪的输入上端连接，其输出下端与第三MZ干涉仪的输入上端连接。

第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪均用于对经过其路径上的光子进行H门操作，使接收光子的量子态演化为：

基于上述内容可知，三个MZ干涉仪实现的功能并不完全相同。具体地，第一MZ干涉仪实现对输入光子的路径调节，第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪实现对输入光子的H门操作。本申请中的三个MZ干涉仪结构完全相同，参考图1，均包括第一50:50分束器、干涉上臂、干涉下臂、第二50:50分束器和相位调制器，干涉上臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出上端和第二50:50分束器的输入上端，干涉下臂的两端分别连接第一50:50分束器的输出下端和第二50:50分束器的输入下端，相位调制器设置在干涉上臂或干涉下臂上；三个MZ干涉仪中的相位调制器均与控制芯片连接。

在控制芯片的作用下实现对MZ干涉仪中相位调制器的调节，MZ干涉仪中相位调制器的相位不同，其实现的功能也不同。第一MZ干涉仪中的相位调制器的相位设置为0时，第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出；第一MZ干涉仪中的相位调制器的相位设置为π时，第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出。

具体地，当调节相位调制器的相位为0时，第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，即从第一MZ干涉仪输入上端输入的光子从其输出上端输出，从其输入下端输入的光子从其输出下端输出；当调节相位调制器的相位为π时，第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出，即从第一MZ干涉仪输入上端输入的光子从其输出下端输出，从其输入下端输入的光子从其输出上端输出。调节第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪的相位调制器为π/2，则第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对接收的光子进行H门操作，使接收光子的量子态发生演化。

第一单光子探测器和第二单光子探测器用于对第二MZ干涉仪输出的光子进行探测，第三单光子探测器和第四单光子探测器用于对第三MZ干涉仪输出的光子进行探测，四个单光子探测器的输出端均与符合计数器连接，符合计数器用于对其中两个单光子探测器在一个窗口时间内均探测到光子进行计数以及记录相应单光子探测器的响应结果，同时将计数结果以及相应单光子探测器的响应结果反馈给控制芯片。

具体地，第一单光子探测器与第二MZ干涉仪的输出上端连接，用于对第二MZ干涉仪输出上端输出的光子进行探测；第二单光子探测器与第二MZ干涉仪的输出下端连接，用于对第二MZ干涉仪输出下端输出的光子进行探测；第三单光子探测器与第三MZ干涉仪的输出上端连接，用于对第三MZ干涉仪输出上端输出的光子进行探测；第四单光子探测器与第三MZ干涉仪的输出下端连接，用于对第三MZ干涉仪输出下端输出的光子进行探测。在本申请中，为了提高光子探测的精确度，四个单光子探测器优选为光子数分辨探测器。

当两个光子从两个不同的输出端输出时，此输出端是指第二MZ干涉仪的两个输出端和第三MZ干涉仪的两个输出端，共4个输出端，则相应地会有两个单光子探测器响应，两个单光子探测器分别探测相应的探测两个光子并均输出电信号同时将电信号传输给符合计数器，符合计数器接收两个单光子探测器输出的电信号，若两个电信号均在符合计数器的一个窗口时间内，则符合计数器进行计数同时将计数结果反馈给控制芯片。当两个光子从同一个输出端输出时，符合计数器不进行符合计数，只记录接收两个光子的单光子探测器的响应结果并将响应结果反馈给控制芯片。

三个MZ干涉仪和符合计数器均与控制芯片连接，控制芯片用于调制三个MZ干涉仪以及对符合计数器反馈的信息分析判断。

在本申请中，通过控制芯片，调制第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪中的相位调制器，使其相位均为π/2，实现第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对接收的光子进行H门操作。而对于第一MZ干涉仪，可以首先调制其相位调制器的相位为0，使其接收的光子以直通状态输出，在此状态下，若两个光子被不同的单光子探测器探测，则根据探测到光子的相应单光子探测器可以直接确定两个光子所处的贝尔态；若两个光子被同一个单光子探测器探测，不能确定输入的两个光子的贝尔态，可能为|Φ

本申请中的控制芯片可以是微控制器，也可以是上位机，具有信息分处理和控制指令发送功能。

在本申请的另一个实施例中，贝尔态投影测量装置还包括四个电延时模块，如图2所示，四个电延时模块的输入端分别与四个单光子探测器的输出端一一对应连接，四个电延时模块的输出端均与符合计数器连接，电延时模块对相应单光子探测器输出的电信号进行延时，使各单光子探测器输出的电信号同时到达符合计数器。

由于两个光子从输入到单光子探测器所传输的路径不同，因此会存在光程差。为了减小光程差影响，以及保证探测到光子的两个单光子探测器分别输出的电信号传输到符合计数器的时间在符合计数器的一个窗口时间内，在每个单光子探测器和符合计数器之间设置电延时模块，通过电延时模块对接收电信号的延迟作用，使探测到光子的两个单光子探测器分别输出的电信号同时到达符合计数器，也就保证了两路电信号到达符合计数器的时间在符合计数器的一个窗口时间内。在本申请中，电延时模块优选为可调电延时芯片。

在本申请的另一个实施例中，如图3所示，贝尔态投影测量装置还包括两个光延时模块，分别为第一光延时模块和第二光延时模块，第一光延时模块设置在第三入射端口与第二MZ干涉仪输入下端的传输路径上，第二光延时模块设置在第四入射端口与第三MZ干涉仪输入下端的传输路径上，两个光延时模块分别对经过其上的光子进行延时处理，使处于贝尔态的一对光子同时到达相应的单光子探测器。

在此实施例中，通过在第三入射端口和第三MZ干涉仪输入下端的传输路径上以及在第四入射端口和第三MZ干涉仪输入下端的传输路径上设置光延时模块，减小同时输入的两个光子的传输光程差，使两个光子同时到达相应的单光子探测器，也即保证了探测到光子的两个单光子探测器分别输出的电信号传输到符合计数器的时间在符合计数器的一个窗口时间内。

为了使本申请更加清楚，下面将结合图4和图5对贝尔态投影测量装置的工作原理进行详细的说明。

为了便于表述和理解，将输入的处于贝尔态的一对光子，分别命名为光子a和光子b，光子a从第一入射端口或第二入射端口输入，光子b从第三入射端口或第四入射端口输入。光子的量子态可能为|0>态或为|1>态，处于不同量子态的光子其输入的入射端口也不同，具体地，第一入射端口和第三入射端口用于接收|0>态光子，第二入射端口和第四入射端口用于接收|1>态光子。

基于上述光子命名，将第一入射端口与第一MZ干涉仪的输入上端的传输路径、第二入射端口与第一MZ干涉仪的输入下端的传输路径、第一MZ干涉仪的输出上端与第二MZ干涉仪的输入上端的传输路径以及第第一MZ干涉仪的输出下端与第三MZ干涉仪的输入上端的传输路径均记为路径a,表示光子a可能传输的路径；将第三入射端口与第二MZ干涉仪的输入下端的传输路径以及第四入射端口与第三MZ干涉仪的输入下端的传输路径均记为b路径，表示光子b可能传输的路径。

由于从第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪输出的光子并不能确定是光子a还是光子b，为了便于理解，将从第二MZ干涉仪输出上端到第一单光子探测器的传输路径记为0c、从第二MZ干涉仪输出下端到第二单光子探测器的传输路径记为1c路径，0c路径和1c路径组成c路径；将从第三MZ干涉仪输出上端到第三单光子探测器的传输路径记为0d、从第三MZ干涉仪输出下端到第四单光子探测器的传输路径记为1d路径，0d路径和1d路径组成d路径。

输入至本申请装置的贝尔态有四种可能，基于上述描述，输入的处于贝尔态的一对光子，其量子态表示为：

这里需要注意的是，本申请是基于路径编码的贝尔态投影测量装置，在此式中以及下述公式中各量子态的下标表示路径。

控制芯片调制第一MZ干涉仪的相位调制器的相位为0，则第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，如图4所示，对输入量子态无任何改变。

第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对输入的光子进行H门操作，则相应的量子态演化为：

经过第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪后，可能的四种贝尔态演化为：

对于四个单光子探测器，不同的单光子探测器响应则对应的输入的贝尔态不同，具体的四个单光子探测器的响应状态和输入贝尔态的对应关系如下表所示：

在表中，D1表示第一单光子探测器，D2表示第二单光子探测器，D3表示第三单光子探测器，D4表示第四单光子探测器。

其中，D1-D3表示输入的一对光子，一个光子被第一单光子探测器探测、另一个光子被第三单光子探测器到，即演化后的量子态中包含|0>

同样地，D2-D3表示输入的一对光子，一个光子被第二单光子探测器探测、另一个光子被第三单光子探测器到，即演化后的量子态中包含|1>

而对于D1-D2，表示一个光子被第一单光子探测器探测、另一个光子被第二单光子探测器探测，即说明演化后的量子态中包含|0>

对于D1-D1，表示输入的处于贝尔态的两个光子均被第一单光子探测器探测到，即演化后的量子态中包含|0>

对于两个光子被同一个单光子探测器探测到的情况，若想要确定具体的贝尔态，则需要控制芯片再次调控第一MZ干涉仪的相位调制器的相位，使其相位为π，对下一周期输入的处于贝尔态的一对光子进行探测，具体地，第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出，如图5所示，若光子a为|0>态，则从第一MZ干涉仪的输出下端输出；若光子a为|1>态，则从第一MZ干涉仪的输出上端输出，相较于直通输出状态，此种情况为将输入的量子态发生翻转，量子态演化为：|0>

|ψ

经过第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪的H门操作后，因为在第一MZ干涉仪以直通状态输出时已经确定输入的一对光子所处贝尔态为|Φ

分析可知，若在此周期内输入的两个光子，一个光子被第一单光子探测器探测、另一个光子被第三单光子探测器探测；或一个光子被第二单光子探测器探测、另一光子被第四单光子探测器探测到，则可以确定输入的贝尔态为|Φ

这里需要提醒的是，对于第一MZ干涉仪中相位调制器的调制，可以先将相位设置为0，当然也可以先将相位调制为π。如果先将第一MZ干涉仪的相位调制器的相位设置为0，若输入的贝尔态为|ψ

同样地，若先将第一MZ干涉仪中相位调制器的相位设置为π，若输入的贝尔态为|Φ

总结而言，若输入的一对光子分别被不同的单光子探测器探测，则可以直接确定输入的一对光子的贝尔态。若输入的一对光子被同一个单光子探测器探测到，则需要再次调整第一MZ干涉仪中相位调制器的相位，进一步分辨输入的纠缠光子对是哪一种贝尔态。

综上可知，本申请基于路径编码实现对贝尔态的投影测量，整个系统结构简单紧凑、光路稳定、易于片上集成，降低了贝尔态投影测量的工艺难度和成本；且相较于偏振编码，本申请具有较高的消光比参数，保证了投影测量效率和精度。

针对本申请提供的一种贝尔态投影测量装置，本申请还对应提供一种贝尔态投影测量方法，如图6所示，所述方法包括：

S11：入射端口接收处于贝尔态的一对光子，一个光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，另一个光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，且第一入射端口和第三入射端口接收|0>态光子、第二入射端口和第四入射端口接收|1>态光子。

S12：控制芯片调制三个MZ干涉仪，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态和交叉状态中的一种状态输出，使第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对经过其路径上的光子进行H门操作。

在S12步骤中，控制芯片调制第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪中相位调制器的相位均为π/2，第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对经过其路径上的光子进行H门操作。而对于第一MZ干涉仪，控制芯片可以先调制其相位调制器的相位为0，使接收的光子以直通状态输出；或者控制芯片先调制其相位调制器的相位为π，使接收的光子以交叉状态输出。

S13：第一单光子探测器和第二单光子探测器对第二MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应，第三单光子探测器和第四单光子探测器对第三MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应。

具体地，第一单光子探测器对第二MZ干涉仪输出上端输出的光子进行探测和响应，第二单光子探测器对第二MZ干涉仪输出下端输出的光子进行探测和响应，第三单光子探测器对第三MZ干涉仪输出上端输出的光子进行探测和响应，第四单光子探测器对第三MZ干涉仪输出下端输出的光子进行探测和响应。若没有光子输入至单光子探测器，则单光子探测器不做出响应。

S14：符合计数器对其中两个单光子探测器在一个窗口时间内均探测到光子进行计数以及记录相应单光子探测器的响应结果，同时将计数结果以及相应单光子探测器的响应结果反馈给控制芯片。

因为在一个周期内，只输入一对处于贝尔态的双光子，则在一个周期内，四个单光子探测器中最多只有两个单光子探测器做出响应，也即是两个光子输入至不同的单光子探测器中，两个单光子探测器做出响应并输出电信号，若两个电信号传输至符合计数器的时间在符合计数器的一个窗口时间内，则符合计数器进行符合计数。若两个光子的光程差小，则两个电信号输入至符合计数器的时间必会在符合计数器的一个窗口时间内。在本申请中，为了减小两个光程差带来的影响，则可以在每个单光子探测器与符合计数器之间设置电延时模块，对从单光子探测器输出的电信号进行延时处理，以保证两个电信号同时到达符合计数器，也即保证了两个电信号到达符合计数器的时间在一个窗口时间内；或者在第三入射端口与第二MZ干涉仪的输入下端的传输路径上以及第四入射端口与第三MZ干涉仪的输入下端的传输路径上分别设置光延时模块，通过光延时模块对光子传输延时处理，减小两个光子的光程差，使两个光子同时到达相应的单光子探测器，也即保证了两个电信号到达符合计数器的时间在一个窗口时间内。若两个光子均传输至同一个单光子探测器，则只有一个单光子探测器做出响应，则符合计数器只记录相应单光子探测器的响应结果并不进行符合计数。

S15：控制芯片对符合计数器反馈的信息分析判断，若分析获取两个光子均被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态和交叉状态中的另一种状态输出，重复上述过程后结束投影测量，确定两个光子所处的贝尔态。

若S12步骤中控制芯片调制第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，且控制芯片分析获取两个光子均被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪的相位调制器，使第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出，进而分辨出两个光子所处的贝尔态。同样地，若S12步骤中控制芯片调制第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出，且控制芯片分析获取两个光子均被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪的相位调制器，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，进而分辨出两个光子所处的贝尔态。

在S15步骤中，若控制芯片分析获取两个光子分别被两个单光子探测器探测到，则可以直接确认输入的一对光子所处的贝尔态，无需控制芯片再次调制第一MZ干涉仪中的相位调制器。

细化而言，在一个实施例中，一种贝尔态投影测量方法的步骤具体包括：

入射端口接收处于贝尔态的一对光子，一个光子通过第一入射端口或第二入射端口输入，另一个光子通过第三入射端口或第四入射端口输入，且第一入射端口和第三入射端口接收|0>态光子、第二入射端口和第四入射端口接收|1>态光子。

控制芯片调制三个MZ干涉仪中的相位调制器，使第一MZ干涉仪的相位调制器的相位为0，第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪中相位调制器的相位为π/2，则第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，第二MZ干涉仪和第三MZ干涉仪对经过其路径上的光子进行H门操作。

第一单光子探测器和第二单光子探测器对第二MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应，第三单光子探测器和第四单光子探测器对第三MZ干涉仪输出的光子进行探测和响应。

符合计数器对其中两个单光子探测器在一个窗口时间内均探测到光子进行计数以及记录相应单光子探测器的响应结果，同时将计数结果以及相应单光子探测器的响应结果反馈给控制芯片。

控制芯片对符合计数器反馈的信息分析判断，若分析获取两个光子分别被不同的单光子探测器探测，则可以直接确定输入的一对光子的贝尔态结束投影测量；若分析获取两个光子被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪中的相位调制器，使其相位为π，使第一MZ干涉仪将接收的光子以交叉状态输出，也即是以交叉输出状态对下一周期输入的纠缠光子对进行投影测量，进而分辨确定两个光子所处的贝尔态。

在另一个方法实施例中，可以先将第一MZ干涉仪中相位调制器的相位设置为π，过程和上述实施例基本相同，这里不再赘述。同样地，若经过控制芯片分析获取两个光子分别被不同的单光子探测器，则可以直接确定输入的一对光子的贝尔态结束投影测量；若分析获取两个光子被同一个单光子探测器探测，则控制芯片再次调制第一MZ干涉仪中的相位调制器，使其相位为0，使第一MZ干涉仪将接收的光子以直通状态输出，也即是以直通输出状态对下一周期输入的纠缠光子对进行投影测量，进而分辨确定两个光子所处的贝尔态。

本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。