[发明专利]用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备

说明书

本发明提供用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备，所述门控装置包括：系统同步单元，被配置为获取与量子通信系统的时钟同步的周期性门控信号；时钟分配器，被配置为将周期性门控信号分成两路周期性门控信号；延时器，被配置为对两路周期性门控信号中的一路周期性门控信号进行延时处理，使得一路周期性门控信号与另一路周期性门控信号在时间上相差预定持续时间；以及逻辑或门，被配置为对延时后的一路周期性门控信号和未延时的另一路周期性门控信号进行或操作，以产生与量子通信系统的时钟同步的周期性门控信号序列。本发明能够有效地减少量子通信系统中的单光子探测器在高频运行过程中因高重复频率而引起的暗计数和后脉冲计数。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备。

背景技术

目前，在量子通信系统中，主要采用向单光子探测器施加如图5B所示的周期性门控信号来打开单光子探测器的门控以对在量子通信系统中传输的光脉冲进行探测。然而，这种施加门控信号的方式会因使用单一的周期性门控信号而导致高重复频率进而使得单光子探测器中的暗计数和后脉冲计数增加，这会导致量子通信系统在成码过程中的错误率增加，进而降低系统的成码率。

发明内容

发明的目的在于提供用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备。

根据本发明的一方面，提供一种用于单光子探测器的门控装置，所述门控装置包括：系统同步单元，被配置为获取与量子通信系统的时钟同步的周期性门控信号；时钟分配器，被配置为将所述周期性门控信号分成相同的两路周期性门控信号；延时器，被配置为对所述两路周期性门控信号中的一路周期性门控信号进行延时处理，使得所述两路周期性门控信号中的一路周期性门控信号与另一路周期性门控信号在时间上相差预定持续时间，其中，所述预定持续时间为用于在量子通信系统中进行相位编码的不等臂干涉仪的长臂与短臂之间的光程差；以及逻辑或门，被配置为对延时后的一路周期性门控信号和未延时的另一路周期性门控信号进行或操作，以产生与量子通信系统的时钟同步的周期性门控信号序列，每个门控信号序列中的门控信号以预定持续时间彼此间隔，以使量子通信系统中的单光子探测器针对接收到的光脉冲而打开所述单光子探测器的门控。

优选地，所述量子通信系统为基于时间相位编码的量子通信系统或基于相位编码的量子通信系统。

优选地，所述门控装置还包括：窄脉冲产生单元，设置在所述系统同步单元与所述时钟分配器之间，并且被配置为使所述周期性门控信号的脉冲宽度变窄。

优选地，所述窄脉冲产生单元包括：另一时钟分配器，被配置为将所述周期性门控信号分成相同的另外两路周期性门控信号；另一延时器，被配置为对所述另外两路周期性门控信号中的一路周期性门控信号进行延时处理，使得所述另外两路周期性门控信号中的一路周期性门控信号与另一路周期性门控信号在时间上相差另一预定持续时间，其中，所述另一预定持续时间小于所述周期性门控信号的脉冲宽度；以及逻辑与门，被配置为对延时后的一路周期性门控信号和未延时的另一路周期性门控信号进行与操作，以使所述周期性门控信号的脉冲宽度变窄。

优选地，所述系统同步单元包括：同步光探测单元，被配置为将接收到的量子通信系统的同步光转换为同步电信号，以获取量子通信系统的时钟；以及锁相环，被配置为对所述同步电信号进行锁相和倍频，以获取与量子通信系统的时钟同步的周期性门控信号。

根据本发明的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的用于单光子探测器的门控装置。

本发明提供的用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备能够有效地减少量子通信系统中的单光子探测器在高频运行过程中因使用高重复频率的周期性门控信号而引起的暗计数和后脉冲计数，从而在很大程度上减少了量子通信系统在成码过程中的错误率。另外，本发明提供的用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备还显著地减少了量子通信系统中所使用的单光子探测器和偏振分束器的数量，这样不仅能够大幅度降低系统实现成本，而且还能够避免因使用额外的偏振分束器而引起的插损。