利用量子纠缠的速度和距离探测系统

本发明涉及量子光学，特别是涉及一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统。

背景技术：

1、定位和测速一直是人们所关注的问题，人们常常将测量的焦点放在物体与检测器之间的距离以及物体的运动速度上，但其实，对于物体移动距离的检测也极为重要。例如，在制造工厂中，监控每个产品在传送带上的移动距离有助于保证对产品加工等操作的准确性，对于指导实际生产的意义重大。

2、对物体与检测器之间距离的探测往往通过经典光脉冲照射物体，检测光脉冲往返所需的时间间隔来确定，进一步地，物体的移动距离可以通过两个光脉冲间往返时间的差来确定。这种测量方式需要对每个光脉冲发射与返回时刻精确估计，因此需要时刻保持探测时间与时间基准相一致。物体瞬时运动速度的测量可以通过探测返回脉冲的频移，根据速度与频移的对应关系完成。目前，受制于检测器采用的经典光源，其测量精度往往局限在标准量子极限。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统，能够测量物体的移动速度以及能够测量物体的移动距离，且能够提高测量精度。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统，包括：

4、光子对产生部，用于使入射的泵浦光产生纠缠光子对，使所述光子对产生部的出射光中包含信号光和休闲光，并使所述光子对产生部的出射光入射至光开关；

5、所述光开关，设置于所述光子对产生部的出光一侧，其包括第一输出端口和第二输出端口，用于切换从所述第一输出端口或者所述第二输出端口出射光，并使从所述第一输出端口出射的所述信号光和所述休闲光入射至待测物体；

6、分光部，设置于所述第二输出端口的出光一侧，用于使从所述第二输出端口出射的所述信号光和所述休闲光分离；

7、延迟部，设置于所述分光部的出光光路上，用于使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生第一时间差，并使所述信号光和所述休闲光入射至所述待测物体；

8、探测部，用于探测由所述待测物体反射的所述信号光和所述休闲光；

9、数据处理部，与所述探测部相连，用于在由所述光开关的所述第一输出端口出射光时，根据所述探测部探测到的所述信号光和所述休闲光的频率，获得所述待测物体的移动速度，以及在由所述光开关的所述第二输出端口出射光时，根据所述探测部探测到的所述信号光和所述休闲光的第二时间差，获得所述待测物体的移动距离。

10、可选地，所述延迟部使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差可改变。

11、可选地，所述待测物体振动，所述数据处理部用于根据对所述待测物体多次探测中各次探测获得的所述第二时间差以及对应的所述第一时间差，获得预设差的最大值，根据所述预设差的最大值获得所述待测物体的振幅，所述预设差为τ2-(ts-ti+τ1)，τ1表示所述第一时间差，τ2表示所述第二时间差，ts-ti表示所述光子对产生部的出射光中信号光和休闲光的时间差，其中对所述待测物体多次探测中各次探测时的所述第一时间差不同。

12、可选地，所述数据处理部用于根据以下公式获得所述待测物体的振幅：

13、a＝c*τmax/4，a表示所述待测物体的振幅，τmax表示所述预设差的最大值，c表示光速。

14、可选地，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的反光元件或/和光学介质。

15、可选地，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的反光元件，所述延迟部用于通过移动所述反光元件，使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差改变。

16、可选地，还包括驱动部，与所述反光元件相连，用于驱动所述反光元件或移动。

17、可选地，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的光学介质，所述延迟部用于通过改变所述光学介质的尺寸、温度或者使所述光学介质发生形变，使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差改变。

18、可选地，所述延迟部包括设置于所述分光部出射的所述信号光/所述休闲光的光路上的第一反光元件、第二反光元件和第三反光元件，所述分光部出射的所述信号光/所述休闲光依次经过所述第一反光元件、所述第二反光元件和所述第三反光元件反射后入射至所述待测物体。

19、可选地，所述探测部包括第一探测部和第二探测部，所述第一探测部用于探测由所述待测物体反射的所述信号光和所述休闲光以获得所述信号光和所述休闲光的频率，所述第二探测部用于探测由所述待测物体反射的所述信号光和所述休闲光以获得所述信号光和所述休闲光的第二时间差。

20、由上述技术方案可知，本发明所提供的一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统，包括光子对产生部、光开关、分光部、延迟部、探测部和数据处理部，光子对产生部使入射的泵浦光产生纠缠光子对，使光子对产生部的出射光中包含信号光和休闲光，并使光子对产生部的出射光入射至光开关，光开关包括第一输出端口和第二输出端口，用于切换从第一输出端口或者第二输出端口出射光，并使从第一输出端口出射的信号光和休闲光入射至待测物体。分光部使从第二输出端口出射的信号光和休闲光分离，延迟部使分光部出射的信号光和休闲光之间产生第一时间差，并使信号光和休闲光入射至待测物体。探测部探测由待测物体反射的信号光和休闲光，在由光开关的第一输出端口出射光时，数据处理部根据探测部探测到的信号光和休闲光的频率获得待测物体的移动速度，以及在由光开关的第二输出端口出射光时，数据处理部根据探测部探测到的信号光和休闲光的第二时间差，获得待测物体的移动距离。本发明是基于量子纠缠的速度和距离探测系统，能够测量物体的移动速度以及能够测量物体的移动距离，并且基于纠缠光子对实现测量，能够提高测量精度。

技术特征：

1.一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述延迟部使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差可改变。

3.根据权利要求2所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述待测物体振动，所述数据处理部用于根据对所述待测物体多次探测中各次探测获得的所述第二时间差以及对应的所述第一时间差，获得预设差的最大值，根据所述预设差的最大值获得所述待测物体的振幅，所述预设差为τ2-(ts-ti+τ1)，τ1表示所述第一时间差，τ2表示所述第二时间差，ts-ti表示所述光子对产生部的出射光中信号光和休闲光的时间差，其中对所述待测物体多次探测中各次探测时的所述第一时间差不同。

4.根据权利要求3所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述数据处理部用于根据以下公式获得所述待测物体的振幅：

5.根据权利要求1所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的反光元件或/和光学介质。

6.根据权利要求1所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的反光元件，所述延迟部用于通过移动所述反光元件，使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差改变。

7.根据权利要求6所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，还包括驱动部，与所述反光元件相连，用于驱动所述反光元件移动。

8.根据权利要求1所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述延迟部包括在所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光中一者的光路上设置的光学介质，所述延迟部用于通过改变所述光学介质的尺寸、温度或者使所述光学介质发生形变，使所述分光部出射的所述信号光和所述休闲光之间产生的所述第一时间差改变。

9.根据权利要求1所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述延迟部包括设置于所述分光部出射的所述信号光/所述休闲光的光路上的第一反光元件、第二反光元件和第三反光元件，所述分光部出射的所述信号光/所述休闲光依次经过所述第一反光元件、所述第二反光元件和所述第三反光元件反射后入射至所述待测物体。

10.根据权利要求1至9任一项所述的利用量子纠缠的速度和距离探测系统，其特征在于，所述探测部包括第一探测部和第二探测部，所述第一探测部用于探测由所述待测物体反射的所述信号光和所述休闲光以获得所述信号光和所述休闲光的频率，所述第二探测部用于探测由所述待测物体反射的所述信号光和所述休闲光以获得所述信号光和所述休闲光的第二时间差。

技术总结
本发明公开了一种利用量子纠缠的速度和距离探测系统，包括光子对产生部、光开关、分光部、延迟部、探测部和数据处理部，光子对产生部使入射的泵浦光产生纠缠光子对，包含信号光和休闲光，光开关包括第一输出端口和第二输出端口，用于切换从第一输出端口或者第二输出端口出射光，使第一输出端口的出射光入射至待测物体。分光部使第二输出端口出射的信号光和休闲光分离，延迟部使分光部出射的信号光和休闲光之间产生第一时间差并入射至待测物体。探测部探测由待测物体反射的信号光和休闲光，数据处理部根据探测到的信号光和休闲光获得待测物体的移动速度或者移动距离。本发明能够测量物体的移动速度以及能够测量物体的移动距离，能够提高测量精度。

技术研发人员：李勇强,蔡紫诺,任昌亮
受保护的技术使用者：湖南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19