一种微波量子关联检测装置及方法与流程

本发明涉及微波量子领域，具体涉及一种微波量子关联检测装置及方法。

背景技术：

目前，随着超导量子微波电路的出现，量子技术已经开始从光学频段向微波频段过渡。相比于光量子，微波量子具有诸多优点，例如波长穿透性好、器件体积小等。然而，不同于较成熟的光量子技术，微波量子技术尚属起步萌芽阶段，国内外对微波量子检测的相关研究还较少。

现有技术中，对微波量子检测可以分为直接检测和间接检测两大类：

直接检测是利用可以响应微波频段的超导约瑟夫森电路对微波量子信号进行直接检测。

间接检测则需要利用纳米机械振子等微波-光混频系统将微波量子转换成光量子，再利用已经成熟的单光子探测器检测产生的光量子信号，进而实现对微波量子信号的间接检测。

但上述两种检测方法需要在低温条件下进行，结构复杂，成本高昂，并且无法有效的区分信号和同频热噪声，尤其是在背景热噪声强度未知的情况下，无法靠提前设定噪声阈值来提取信号，这样就极容易导致检测失误。

鉴于此，亟须提供一种结构简单、成本低廉、抗热噪声干扰的新装置及方法以实现微波量子信号的灵敏检测。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种微波量子关联检测装置。该装置结构简单、成本低廉、抗热噪声干扰，能够在背景热噪声强度未知的情况下，基于量子关联特性实现微波量子信号的检测。

同时，本发明还提供了一套基于检测装置的微波量子关联检测方法。

本发明具体技术方案如下：

一种微波量子关联检测装置，包括一个单频连续光纤激光器；

所述单频连续光纤激光器的出射光路上设有电光调制器；

电光调制器同时接收外部微波量子信号和单频连续光纤激光器的出射激光；

电光调制器的出射光路上顺次设有窄带滤波器、光衰减器以及光分束器，所述光分束器的反射光路和透射光路上分别设有单光子探测器，两个单光子探测器均与量子关联处理器相连。

优选地，上述单频连续光纤激光器出射激光中心波长为1550±0.05nm，线宽小于200hz；

优选地，上述电光调制器的工作模式为马赫-曾德尔模式或电吸收模式，接口方式为sma接口或fc接口；

优选地，上述窄带滤波器为带阻滤波器；所述光衰减器为连续可调光衰减器；

优选地，上述光分束器的分光比为1:1；

优选地，上述单光子探测器的工作介质为铟镓砷或超导纳米线；

优选地，上述量子关联处理器具有多通道采集功能。

基于上述检测装置的描述，现对采用该检测装置进行检测的方法进行介绍，包括如下步骤：

(a)通过电光调制器将接收到的外部微波量子信号转化为单频连续光纤激光器出射激光的载波边带信号；

(b)利用窄带滤波器将载波边带信号滤出，再用光衰减器将滤出的载波边带信号进行衰减；

(c)利用光分束器将衰减过的载波边带信号分成反射和透射的两路，并分别利用两个单光子探测器进行探测；

(d)将两个单光子探测器探测的两路信号均输入到量子关联处理器中，通过计算两路信号的二阶关联特性实现微波量子信号的检测。

本发明的有益效果是：

本发明提供的检测装置及方法与现有技术相比结构简单、成本低廉，通过计算量子关联特性来实现微波量子信号的检测，可以有效的区分信号和同频热噪声，进而抗热噪声干扰，在微波量子领域具有重要的应用价值。

附图说明

图1为微波量子关联检测装置结构示意图。

附图标记如下：

1-单频连续光纤激光器，2-电光调制器，3-窄带滤波器，4-光衰减器，5-光分束器，6-单光子探测器，7-量子关联处理器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明：

基本原理架构

图1为本发明一种微波量子关联检测装置结构示意图，其结构包括一个单频连续光纤激光器1；单频连续光纤激光器1的出射光路上设有电光调制器2；电光调制器2同时接收外部微波量子信号和单频连续光纤激光器1的出射激光；电光调制器2的出射光路上顺次设有窄带滤波器3、光衰减器4以及光分束器5，光分束器5的反射光路和透射光路上分别设有单光子探测器6，两个单光子探测器6同时与量子关联处理器7相连。

具体实施的工作原理：

采用中心波长1550±0.05nm，线宽小于200hz的单频连续光纤激光器1作为微波量子信号的载波源，其出射一路激光进入电光调制器2，外部的微波量子信号和单频连续光纤激光器1出射的激光信号现进行混频，再通过马赫-曾德尔模式或电吸收模式的电光调制器2将混频后的微波量子信号转换为载波边带信号，利用窄带带阻滤波器3将边带信号滤出，再用连续可调光衰减器4对滤出的边带信号进行衰减，将衰减过的边带信号通过1:1光分束器分成两路，并利用铟镓砷或超导纳米线单光子探测器6探测，再将探测到的两路信号输入到多通道量子关联处理器7中，最终计算两路信号之间的二阶关联特性对微波量子信号进行检测。

检测结果的判定：

当存在微波量子信号时，单光子探测器探测到的两路信号之间归一化的二阶关联取值在1附近；

当仅有背景热噪声时，单光子探测器探测到的两路信号之间归一化的二阶关联取值在2附近；

当微波量子信号夹杂背景热噪声时，根据背景热噪声的强度不同，单光子探测器探测到的两路信号之间归一化的二阶关联取值在1和2之间。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种微波量子关联检测装置及方法，该装置包括一个单频连续光纤激光器，单频连续光纤激光器的出射光路上设有电光调制器；电光调制器的出射光路上顺次设有窄带滤波器、光衰减器以及光分束器，光分束器的反射光路和透射光路上分别设有单光子探测器，两个单光子探测器均与量子关联处理器相连。该发明能够在背景热噪声强度未知的情况下，基于量子关联特性实现微波量子信号的灵敏检测。

技术研发人员：李力飞;李桂红;张同意;吴养曹;赵军民;康岩;严会玲;李东坚;王平;李宏科
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所;中国电子科技集团公司第三十九研究所
技术研发日：2019.02.01
技术公布日：2019.07.12