单光子检测器和操作方法与流程

本公开涉及一种单光子检测器及其操作方法。更具体地，本公开涉及一种通过将信号光子信号与暗计数噪声分离并且不需要冷却系统、来检测单光子信号的单光子检测器，这使得单光子检测器能够在室温下工作并且具有减小的尺寸。

背景技术：

1、近年来，随着有线和无线通信服务的广泛传播以及社会对个人信息的认识的提高，与通信网络相关的安全问题已成为重要问题。特别是，与国家、企业、金融和其他领域相关的通信网络中的安全问题延伸到个人问题之外，成为了社会问题，更加强调了安全的重要性。

2、然而，随着黑客技术的发展，基于现有技术的先验安全通信已变得更加容易受到外部攻击，可能暴露通信内容。作为下一代安全技术，量子密码通信保证了极高的安全性，正受到人们的关注。

3、这里，在量子密码通信中，单光子(或准单光子)通过利用量子性质来确保安全。单光子检测器用于检测单光子。

4、由于单光子具有非常小的光量，因此不可能用典型的光电检测器检测到单光子。因此，雪崩光电二极管(apd)通常用于构造单光子检测器。

5、如图1所示，施加周期性选通信号以操作单光子检测器，并且单光子检测器生成对选通信号的响应信号。然而，响应信号也被称为背景噪声。这种背景噪声可能发生在单光子的输出信号在最小值和最大值之间波动的时候，并且它导致难以检测单光子。

6、因此，作为一种常见的方法，通过增加单光子检测器的增益并仅分离在背景噪声之上生成的单光子检测信号，来检测单光子。然而，在这种情况下，由于增益的增加，单光子检测器内部的热噪声增加。此外，即使没有单光子入射，也可能发生称为暗计数的噪声，并且很难将这种暗计数噪声与单光子检测信号区分开来。特别地，由于当单光子检测器在室温下操作时可能发生大量暗计数噪声，因此为了抑制这种情况，单光子检测器通常使用冷却系统冷却至-40至-50℃。

7、然而，由于冷却系统的原因，单光子检测器的操作很容易受到外部环境变化的影响，并且很难使单光子检测器小型化。另一方面，当单光子检测器在室温下操作时，暗计数噪声显著增加，使得更加难以检测单光子。

8、因此，在量子密码通信系统中，需要一种不需要冷却系统的单光子检测器，用于在室温下工作并且具有减小的尺寸。

技术实现思路

1、技术问题

2、因此，鉴于上述问题已经做出了本公开，并且本公开提供了一种单光子检测器及其操作方法，该单光子检测器在室温下工作，没有冷却系统并且具有减小的尺寸，从而在量子密码通信系统中操作单光子检测器时，抑制由暗计数噪声引起的错误的发生。

3、本公开的其他详细目的将通过下面描述的具体内容被本领域的专家或研究人员清楚地识别和理解。

4、问题的解决方案

5、根据本公开的实施例的一种用于检测单光子的单光子检测器可以包括选通信号发生器，被配置为生成相对于第一时间点t1具有第一脉冲宽度△p的选通信号；以及第一光子检测器，被配置为通过接收选通信号在盖革模式下操作时检测单光子，并在第二时间点t2输出光子检测信号，其中所述第一光子检测器在与第一时间点t1分开预定时间间隔△t的第二时间点t2输出光子检测信号。

6、在这种情况下，所述单光子检测器可以进一步包括光子检测信号减法器，被配置为从通过第一光子检测器的光子检测信号中减去包括暗计数噪声的噪声信号，并输出噪声减法信号。

7、此外，所述单光子检测器还可以包括第二光子检测器，被配置为输出包括暗计数噪声的噪声信号，其中所述光子检测信号减法器可以通过从所述第一光子检测器接收光子检测信号并从所述第二光子检测器接收噪声信号，来输出噪声减法信号。

8、此外，在第二光子检测器中，可以将高于预定参考值的偏置电压施加到第二光子检测器，使得在没有单光子入射的情况下连续发生暗计数噪声。

9、可替换地，第一时间点t1可以是与暗计数噪声的峰值相对应的时间点，并且第二时间点t2可以是与在第一时间点t1之后生成的光子检测信号的峰值相对应的时间点。

10、此外，在单光子检测器中，第一脉冲宽度δp可以被调整为包括第一时间点t1和第二时间点t2两者。

11、此外，由于单光子检测器不包括用于降低第一光子检测单元的温度的冷却系统，所以第一光子检测单元可以在室温下操作。

12、根据本公开的实施例的一种操作单光子检测器的方法可以包括：生成相对于第一时间点t1具有第一脉冲宽度△p的选通信号；以及通过接收选通信号在盖革模式下操作时检测单光子，并在第二时间点t2输出光子检测信号，其中在所述第一光子的检测中，可以在与第一时间点t1分开预定时间间隔△t的第二时间点t2输出光子检测信号。

13、发明的有利效果

14、根据本公开，单光子检测器可以将光子检测信号与暗计数噪声分开，并检测分开的光子检测信号。因此，根据该实施例的信号光子检测器在室温下操作，并且具有减小的尺寸，由于其不需要冷却系统。

技术特征：

1.一种用于检测单光子的单光子检测器，包括：

2.根据权利要求1所述的单光子检测器，进一步包括：

3.根据权利要求2所述的单光子检测器，进一步包括：

4.根据权利要求3所述的单光子检测器，其中所述第二光子检测器接收高于预定参考值的偏置电压，以在没有单光子入射的情况下生成暗计数噪声。

5.根据权利要求3所述的单光子检测器，其中：

6.根据权利要求1所述的单光子检测器，其中所述单光子检测器调整所述第一脉冲宽度δp以包括所述第一时间点t1和所述第二时间点t2两者。

7.根据权利要求1所述的单光子检测器，其中所述第一光子检测器在室温下操作，而没有用于降低所述第一光子检测器的温度的冷却系统。

8.一种操作单光子检测器的方法，包括：

技术总结
本发明涉及单光子检测器和操作方法，并且更具体地，涉及这样的单光子检测器和操作方法，其中通过借助于允许光子检测信号与暗计数噪声分离并在单光子检测器中检测，实现不具有冷却系统的单光子检测器，所述单光子检测器可以在室温下操作并且可以具有减小的尺寸。公开了一种用于检测单光子的单光子检测器，包括：选通信号生成单元，用于生成相对于第一时间点(t<subgt;1</subgt;)具有第一脉冲宽度(△P)的选通信号；以及第一光子检测单元，用于通过接收选通信号在盖革模式下操作时检测单光子，并在第二时间点(t<subgt;2</subgt;)输出光子检测信号，其中所述第一光子检测器在与第一时间点(t<subgt;1</subgt;)分开预定时间间隔(△T)的第二时间点(t<subgt;2</subgt;)输出光子检测信号。

技术研发人员：李旻洙,申定桓,李京云
受保护的技术使用者：株式会社KT
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13