[发明专利]探测器层析仪及量子层析方法

权利要求书

1.一种探测器层析设备，用于对光子探测器进行层析，其特征在于，包括：

强光连续波模式激光器，用于产生一束相干光；

强度调制模块，与所述光子探测器相耦合，用于将所述相干光进行衰减调制到单光子量级的强度，并在受控时传输不同强度的单光子量级的相干光给所述光子探测器；

数据分析模块，连接所述光子探测器及所述强度调制模块，用于接收并记录所述光子探测器对每一强度值的相干光的响应频率，并通过数据分析获得不同测量算子的元素的可能取值范围；其中，所述数据分析模块包括线性规划单元，用于依据所述响应频率为约束条件进行线性规划计算以获得不同测量算子的元素的可能取值范围；以及

控制模块，用于控制所述强度调制模块传输不同强度的单光子量级的相干光给所述光子探测器。

2.根据权利要求1所述的探测器层析设备，其特征在于，所述强度调制模块为光强度调制器。

3.根据权利要求1所述的探测器层析设备，其特征在于，所述数据分析模块包括控制单元，用于控制所述强度调制模块传输不同强度的单光子量级的相干光给所述光子探测器。

4.根据权利要求1所述的探测器层析设备，其特征在于，所述数据分析模块包括线性规划单元，用于依据所述响应频率为约束条件进行线性规划计算以获得不同测量算子的元素的可能取值范围：

控制所述强度调制模块调制的出射相干光的强度μ_i；

记录每一个强度值μ_i，其中，i＝1～I的响应的统计情况；

在收集了不同的相干光强度μ_i下的响应情况后，通过线性规划的方法，将响应频率作为约束条件，求解不同测量算子的元素的可能取值范围。

5.根据权利要求4所述的探测器层析设备，其特征在于，所述线性规划单元依据所述响应频率为约束条件进行线性规划计算以获得不同测量算子的元素的可能取值范围的过程具体为：

设定一个M个输出的探测器的测量算子{Π⁽⁰⁾，Π⁽¹⁾，...，I^(M-1}表示为：

其中，{|l}为光子数态基矢，为第m个测量算子对于l光子输入时的响应概率，其取值范围为0-L；L为截断常数；

则所述线性规划计算过程如下：

s.t. 0≤Y_l^(m)≤1；

其中，n表示第n个测量算子；k表示k光子状态下的响应概率；表示为第n个测量算子对于k光子输入时的响应概率；表示为响应频率；μ_i表示为i光子的强度值，i＝1～I。

6.根据权利要求1所述的探测器层析设备，其特征在于，所述数据分析模块包括极大似然估计单元，用以利用极大似然估计获得各测量算子的结果。

7.根据权利要求1所述的探测器层析设备，其特征在于，所述强度调制模块包括FPGA处理器。

8.一种探测器层析方法，其特征在于，包括以下步骤：

由一激光器产生一束相干光，所述激光器为连续波强光激光器；

提供一强度调制模块以将所述相干光进行衰减调制到单光子量级的强度传输给一光子探测器；

令所述强度调制模块出射不同强度的单光子量级的相干光传输给所述光子探测器；

接收并记录所述光子探测器对每一强度值的相干光的响应频率，并通过数据分析获得不同测量算子的元素的可能取值范围；其中，所述通过数据分析获得不同测量算子的元素的可能取值范围的步骤为以所述响应频率为约束条件进行线性规划计算以获得不同测量算子的元素的可能取值范围。

9.根据权利要求8所述的探测器层析方法，其特征在于，所述强度调制模块为光强度调制器。