具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参照图1，本发明实施例提供了一种基于量子偏振纠缠的加法器包括第一偏振开关电路、第二偏振开关电路、第三偏振开关电路、第一开关量输出电路和第二开关量输出电路。

参考图3，第一开关量输出电路和第二开关量输出电路均包括第一光子处理模块和第一输出模块。其中，第一光子处理模块包括第一偏振片305、第二偏振片306、第一电光调制晶体304、第一光源装置303和第一双缝衍射装置310。而第一输出模块包括第四电源、第二光敏模块和第四电阻。其中，第四电源为图中的电源VCC，第四电阻为图中的电阻R306，第二光敏模块为图中的D313。

其中，第一开关量输出电路和第二开关量输出电路在工作过程中，是利用基于量子偏振纠缠的工作原理。具体如图2所示，实线201表示产生明暗相间条纹时的光强分布，实线202表示不产生明暗相间条纹时的光强分布图。产生明暗相间条纹的条件是：需要一对处于纠缠状态的光子分别通过起振的偏振片和双缝衍射装置，并且光子到达偏振片的距离要小于到达双缝衍射装置光子的距离。通过控制偏振片的起振状态，从而达到控制是否产生明暗相间条纹的目的。将光电二极管放置在实线201产生最大光强的位置处。如果偏振片起振，那么就会产生明暗相间的条纹，光强分布就如实线201所示，此时，光电二极管导通，输出低电平0；如果偏振片没有起振，那么就不会产生明暗相间的条纹，光强分布如实线202所示，此时，虽然有一定的光强，但是没有达到光电二极管的导通阈值，故光电二极管输出高电平1。

在本申请实施例中，利用如图2所示的工作原理，含有偏振片305和偏振片306的第一开关量输出电路为本位输出电路，含有偏振片317和偏振片318的第二开关量输出电路为进位输出电路。当光源装置303发射出一个光子通过BBO晶体304产生一对处于纠缠状态的光子，其中一个光子通过偏振片305和偏振片306到达光子检测装置307，另一个光子通过两个四分之一波片308和四分之一波片309到达双缝衍射装置310。其中，四分之一波片308和四分之一波片309通过调整位置，使得光子通过四分之一波片308时产生逆时针方向的偏振，通过四分之一波片309时产生顺时间方向偏振，从而光子检测装置312可以探测到光子经过双缝衍射实验装置310中的哪一个孔。当输入端301和输入端302输入高电平1时，偏振片305和偏振片306起到偏振作用，故会产生明暗相间的条纹，此时光电二极管313导通输出低电平0，电阻311输出高电平1。当输入端301输入高电平1，输入端302输入低电平0时，偏振片305起到偏振作用，偏振片306没有起到偏振作用，但光子依然产生偏振现象，出现明暗相间的条纹，此时，光电二极管3D13导通输出低电平0，电阻R311输出高电平1。当输入端301和输入端302输入低电平0时，偏振片305和偏振片306不起到偏振作用，故不会产生明暗相间的条纹，此时光电二极管313不导通输出高电平1，电阻311输出低电平0。真值表如下表所示：

当光源装置315发射出一个光子通过BBO晶体316产生一对处于纠缠状态的光子，其中一个光子通过偏振片317和偏振片318到达光子检测装置319，另一个光子通过两个四分之一波片321和四分之一波片320到达双缝衍射装置322。当输入端301和输入端302输入高电平1时，经过第一信号处理模块327和第二信号处理模块328后，偏振片317和偏振片318不起到偏振作用，故不会产生明暗相间的条纹，此时光电二极管325导通输出高电平1，电阻311输出低电平0。当输入端1输入高电平1，输入端302输入低电平0时，经过第一信号处理模块327和第二信号处理模块328后，偏振片317不起到偏振作用，偏振片318起到偏振作用，所以光子依然产生偏振现象，出现明暗相间的条纹，此时，光电二极管325导通输出低电平0，电阻输出高电平1。当输入端301和输入端302输入低电平0时，经过第一信号处理模块327和第二信号处理模块328后，偏振片317和偏振片318起到偏振作用，故会产生明暗相间的条纹，此时光电二极管325导通输出低电平0，电阻311输出高电平1。

真值表如下表所示：

综上所述：整个电路的真值表如下表所示：

参照图5，在本申请实施例中，信号处理模块也利用了如图2所示的工作原理。当输入端504为高电平时，偏振片508开始起振，光子通过偏振片508时会产生偏振现象，此时，另一个光子通过双缝衍射装置507后，会产生明暗相间的条纹，从而使光电二级管D505导通，输出低电平0。反之，若输入端为低电平时，光电二级管D505截止，输出高电平1。使用本实施例代替传统反相器能够将电信号转化为光信号，从而有效地提高了加法器的运算速度。

参照图4，信号处理模块还包括反相器，如图中第一信号处理模块使用了反相器401，而第二信号处理模块使用了反相器402。

参照图1，第一信号处理模块的输入端与第一开关量输出电路的第一偏振片连接于第一连接点，并将第一连接点作为加法器的第一输入端；第二信号处理模块的输入端与第一开关量输出电路的第二偏振片连接于第二连接点，并将第二连接点作为加法器的第二输入端。其中，第一信号处理模块能够所述加法器的第一输入端输入的信号控制第二开关量输出电路的第一偏振片的起振状态，而第二信号处理模块能够根据所述加法器的第二输入端输入的信号控制所述第二开关量输出电路的第二偏振片的起振状态。

第一开关量输出电路的输出模块的第一输出端与偏振开关电路的第一输入端连接，第二开关量输出电路的输出模块的第一输出端与偏振开关电路的第二输入端连接；

偏振开关电路根据第一输入端和第二输入端接收的电平输出本位信号；所述第二开关量输出电路的输出模块的第二输出端输出进位信号。

其中，参照图6，偏振开关电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管。其中，第一电阻是指图中的电阻R605、第二电阻是指图中的电阻R606、第一二极管是指图中的二极管D603和第二二极管指图中的二极管D604。二极管D603和二极管D604的阴极分别与输入端601和输入端602相连，二极管D603的阳极通过电阻R605连接到第一电源，二极管D604的阳极通过电阻R606连接到第二电源，并且把二极管D603和二极管D604的阳极相连作为输出端607。当输入端601输入高电平1，输入端602输入低电平0，由于二极管存在导通电压，故二极管D603截止，二极管D604导通，故输出端607输出低电平0；当输入端601输入低电平0，输入602输入高电平1，由于二极管存在导通电压，故二极管D603导通，二极管D604截止，故输出端607输出低电平0；当输入端601输入高电平1，输入端602输入高电平1，由于二极管两极电压差小于导通电压，故二极管D603截止，二极管D604截止，由于存在电阻R605和电阻R606，故输出端607输出高电平1；当输入端601输入低电平0，输入端602输入低电平0，二极管D603导通，二极管D604导通，故输出端607输出低电平0。真值表如下表所示：

在本实施例中，利用图3和图6所示的电路进行加法器运算时，图1所示加法器的工作原理如下：

偏振开关电路根据第一输入端和第二输入端接收的电平输出本位信号；所述第二开关量输出电路的输出模块的第二输出端输出进位信号。偏振开关电路第一输入端和第二输入端接收的电平分别是第一开关量输出电路105和第二开关量输出电路106输出模块中电阻的电平；第二开关量输出电路的输出模块的第二输出端输出的电平是第二开关量输出电路106输出模块中光敏模块的电平。

当输入端101输入高电平1，输入端102输入高电平1时，第一开关量输出电路105中的2个偏振片起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通输出低电平0，电阻输出高电平1，故输出端107输出高电平1。同时，输入端101和输入端102输入的电平分别经过第一信号处理模块103和第二信号处理模块104后，第二开关量输出电路106中的2个偏振片不起振，不出现明暗相间的条纹，光电二极管不导通，输出高电平1，电阻输出低电平0。故输出端108输出低电平0，输出端109输出高电平1。由于输出端108输出低电平0，所以输出端10输出高电平0。故本位电路输出低电平0，进位电路输出高电平1。

当输入端101输入高电平1，输入端102输入低电平0时，第一开关量输出电路105中的其中一个偏振片起振，另一个不起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通输出低电平0，电阻输出高电平1，故输出端107输出高电平1。同时，输入端101和输入端102输入的电平分别经过第一信号处理模块103和第二信号处理模块104后，第二开关量输出电路106中的其中一个偏振片起振，另一个不起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通，输出低电平0，电阻输出高电平1。故输出端108输出高电平1，输出端109输出低电平0。由于输出端108输出高电平1，所以输出端110输出高电平1。故本位电路输出高电平1，进位电路输出低电平0。

当输入端101输入低电平0，输入端102输入高电平1时，第一开关量输出电路105中的其中一个偏振片起振，另一个不起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通输出低电平0，电阻输出高电平1，故输出端107输出高电平1。同时，输入端101和输入端102输入的电平分别经过第一信号处理模块103和第二信号处理模块104后，第二开关量输出电路106中的其中一个偏振片起振，另一个不起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通，输出低电平0，电阻输出高电平1。故输出端108输出高电平1，输出端109输出低电平0。由于输出端108输出高电平1，所以输出端110输出高电平1。故本位电路输出高电平1，进位电路输出低电平0。

当输入端101输入低电平0，输入端102输入低电平0时，第一开关量输出电路105中的2个偏振片都不起振，不出现明暗相间的条纹，光电二极管不导通，输出高电平1，电阻输出低电平0，故输出端107输出低电平0。同时，输入端101和输入端102输入的电平分别经过第一信号处理模块103和第二信号处理模块104后，第二开关量输出电路106中的2个偏振片均起振，出现明暗相间的条纹，光电二极管导通，输出低电平0，电阻输出高电平1。故输出端108输出高电平1，输出端109输出低电平0。由于输出端108输出高电平1，所以输出端110输出低电平0。故本位电路输出高电平0，进位电路输出低电平0。

真值表如下表所示：

在一些实施例中，图3、图4和图5中的光电二极管也可以使用光敏电阻替代。光敏电阻常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

在一些实施例中。电光调制晶体包括BBO晶体。BBO晶体在非线性光学晶体中，是一种综合优势明显，性能良好的晶体，它有着极宽的透光范围，极低的吸收系数，较弱的压电振铃效应，相对于其他的电光调制晶体，具有更高的消光比，较大的相匹配角，较高的抗光损伤阈值、宽带的温度匹配以及优良的光学均匀性。

参照图1，在一些实施例中，加法器还包括第五电阻，第五电阻为图中的电阻113，第三偏振开关电路的输出端通过所述第五电阻接地。

参照图3，在一些实施例中，加法器中的第一光子处理模块还包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，第一四分之一波片用于使光子产生逆时针方向的偏振，第二四分之一波片用于使光子产生顺时针方向的偏振，致使第一光子处理模块中的光子检测装置可以探测到光子的行动轨迹，即探测出光子穿过了双缝衍射装置中的哪一个孔。