[發明專利]探測器層析儀及量子層析方法

有效

• 申請號: 201810340914.0
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108844642B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 馬雄峰;曾培
• 申請（專利權）人: 圖靈人工智能研究院（南京）有限公司
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;H01L21/66
• 代理公司: 上海巔石知識產權代理事務所(普通合伙) 31309
• 代理人: 王再朝;高磊

本申請提供一種探測器層析設備及方法，所述方法包括以下步驟：產生一束相干光；提供一強度調制模塊以將所述相干光調節到單光子量級的強度傳輸給一光子探測器；令所述強度調制模塊出射不同強度的單光子量級的相干光傳輸給所述光子探測器；接收并記錄所述光子探測器對每一強度值的相干光的響應頻率，并通過數據分析獲得不同測量算子的元素的可能取值范圍。

技術領域

本申請涉及量子通信技術領域，特別是涉及一種探測器層析儀及量子層析方法。

背景技術

精密的光子探測器對于科學、國防、工業生產等各個領域都具有重要意義，而低成本快速的探測器層析方案對于量子光學和量子信息實驗非常重要。具體而言，在量子光學的光學干涉實驗，量子保密通信，連續變量的量子計算以及量子測量、量子成像中，光子探測器都起到了重要的作用。比如，在量子隨機數發生器中，對探測器的準確了解有助于我們產生真正可靠的隨機數。在量子超分辨成像中，成像結果的好壞直接依賴于測量的精度。

光子探測器的性質由其測量算子來精確刻畫。對于一般的探測器，要對其進行層析(Tomography)，我們需要構建其測量算符，即正值算符測量算子(Positive-Operator-Valued Measurement，簡稱POVM)。對于光子探測器來說，由于其對光模的位相不敏感，我們可以將其測量算子看作是對于不同光子數成分相應的疊加。

隨著量子光學和量子信息實驗水平的不斷發展，人們迫切需要一種低成本、快速的探測器層析方法。現有的一種光子探測器層析方法分析探測器對于不同光子數的相應時，采取的是直接輸入相應的光子數態，并對探測器的響應情況進行技術來判斷的。其他的光子探測器層析方案包括入射特定量子態，通過極大似然的方法推斷探測器的響應參數(DOI:10.1038/NPHYS1133)。

探測器的層析方案已經有了很多研究，然而低成本高效率的探測器層析儀沒有有效地實現。另外，由于實驗上光子數態非常難制備，并且制備出來的精度也很差，因此輸入光子數態進行光子探測器層析的方案成本高，并且效果并不好。

而在已經公開的現有技術中，已有的通過極大似然的方案推斷探測器響應情況可以改進對于探測器層析的效率和效果。然而，之前的工作中對于輸入態的選取沒有進行優化，導致其層析的效果仍然不夠理想。此外，實驗環境中噪音以及統計漲落對于探測器層析的結果有很大的影響。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本申請的目的在于提供一種探測器層析儀及量子層析方法，用于解決現有技術中高成本低效率的探測器層析問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本申請的第一方面提供一種探測器層析設備，用于對光子探測器進行層析，包括相干光源，強度調制模塊以及數據分析模塊；其中，所述相干光源用于產生一束相干光；所述強度調制模塊與所述光子探測器相耦合，用于將所述相干光調節到單光子量級的強度，并在受控時傳輸不同強度的單光子量級的相干光給所述光子探測器；以及所述數據分析模塊連接所述光子探測器及所述強度調制模塊，用于接收并記錄所述光子探測器對每一強度值的相干光的響應頻率，并通過數據分析獲得不同測量算子的元素的可能取值范圍。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述相干光源為激光器。在一實施例中，所述激光器為強光連續波模式激光器。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述強度調制模塊用于將所述相干光進行衰減調制到單光子量級的強度后傳輸給所述光子探測器。在一實施例中，所述強度調制模塊為光強度調制器。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述探測器層析設備還包括控制模塊，用于控制所述強度調制模塊傳輸不同強度的單光子量級的相干光給所述光子探測器。

在本申請的第一方面的某些實施方式中，所述數據分析模塊包括控制單元，用于控制所述強度調制模塊傳輸不同強度的單光子量級的相干光給所述光子探測器。