[发明专利]一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置

说明书

本发明提出了一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置，采用微波量子源、单微波量子放大器、微波功分器，然后经两路微波/光学上转换装置、光学滤波、延迟、单光子探测器和同时对两路信号进行量子处理的量子处理器等装置，对微波量子的二阶相干性进行测量，进而能够实现对单微波量子探测器特性的检验以及对微波量子源特性的检验。本发明在微波单量子源后直接进行微波功分，分两路进行微波光学上转换，光学滤波等处理。本发明所使用的全部电学、光学器件与设备均可以在室温条件下工作，对于开展微波量子计量、自由空间微波量子探测研究具有重要意义。

技术领域

本发明属于微波量子技术领域，具体为一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置。

背景技术

当前，探测与检验微波量子是量子精密测量领域的前沿。传统手段是利用微波与物质(宏观物体或微观粒子)的相互作用所产生的宏观现象，如微波热效应、微波传播、散射、衍射和干涉等来进行探测。由于其主要的理论依据是麦克斯韦方程组，未考虑微观的量子效应，故探测效率和探测精度不高，很难达到单微波量子级别。

微波信号量子特性，特别是二阶相干性，是表征微波信号量子特性的重要参数。在微波信号辨识和微波量子探测方面具有重要潜在作用。借鉴于光学波段量子二阶相干性研究成果，微波波段也可以通过二阶相干性测量进行单微波量子检验。但所采用的微波波段量子二阶相干性检验实现方案难度很大，多数方案要求在10mK级超低温环境下开展实验研究。10mK级超低温环境的构建和保持成本昂贵，一般需要数百万人民币，耗电几十千瓦，制冷环境需要占用近百平米的房间，导致实验难度很大。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置，采用微波量子源、单微波量子放大器、微波功分器，然后经两路微波/光学上转换装置、光学滤波、延迟、单光子探测器和同时对两路信号进行量子处理的量子处理器等装置，对微波量子的二阶相干性进行测量，进而能够实现对单微波量子探测器特性的检验以及对微波量子源特性的检验。本发明在微波单量子源后直接进行微波功分，分两路进行微波光学上转换，光学滤波等处理。本发明所使用的全部电学、光学器件与设备均可以在室温条件下工作，对于开展微波量子计量、自由空间微波量子探测研究具有重要意义。

本发明的技术方案为：

所述一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置，其特征在于：包括微波量子源、单微波量子放大器、微波功分器、激光器、微波/光学上转换器、光学极窄带滤波器、衰减与光学延时装置、单光子探测器及量子信号处理器；

所述微波量子源产生单微波量子输入到单微波量子放大器；单微波量子放大器将单微波量子放大后输入到微波功分器；微波功分器将输入信号一分为二，分别进入左右两个通道；

对于每个通道，激光器输出的激光信号和微波功分器输出的微波信号进入微波/光学上转换器，所述微波信号对激光信号进行调制；微波/光学上转换器输出信号输入光学极窄带滤波器进行滤波，只保留和所述微波信号相同特性的光学边带信号输出；光学极窄带滤波器输出信号经过衰减与光学延时装置后，进入单光子探测器；

左右两个通道的单光子探测器均输出至量子信号处理器；量子信号处理器对两个单光子探测器的输出进行采集和处理，输出微波信号量子二阶相干度特性结果。

进一步的优选方案，所述一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置，其特征在于：微波量子源包括冷空、第一低旁瓣波纹喇叭和第二极窄带微波滤波器；

所述冷空中具有宇宙背景噪声和大气热噪声；

所述第一低旁瓣波纹喇叭不从地面接收地球的热辐射，接收冷空的噪声；

所述第二极窄带微波滤波器接收第一低旁瓣波纹喇叭的输出信号，带宽在kHz量级。

进一步的优选方案，所述一种基于二阶相干性测量的单微波量子检验装置，其特征在于：所述单微波量子源还包括微波信号源和第二低旁瓣波纹喇叭；