[发明专利]使用量子存储器的光子数分辨检测器系统

说明书

一种光子数分辨检测器系统包括：定位在输入端的光子源、定位在检测端的第一光子检测器和第二光子检测器、以及定位在输入端与检测端之间的多个光学耦合器。多个光学耦合器包括：光学地耦合到光子源的初始光学耦合器、光学地耦合到第一光子检测器和第二光子检测器的最终光学耦合器、以及定位在初始光学耦合器与最终光学耦合器之间的中间光学耦合器。第一输入链路光学地耦合到光子源和初始光学耦合器，并且多个双路径跨接光学地耦合到相邻的光学耦合器。多个双路径跨接各自包括无延迟路径和延迟路径，所述无延迟路径具有无延迟光纤链路，所述延迟路径具有量子存储器，所述量子存储器定位在输入子链路与输出子链路之间并且光学地耦合到输入子链路和输出子链路。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求于2019年8月8号提交的美国临时申请序列第62/884302号的优先权的权益，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用以其整体结合于此。

背景

技术领域

本说明书总体涉及光子数分辨(resolving)检测器系统。更具体地，本公开涉及使用量子存储器的光子数分辨检测器系统。

背景技术

光子数分辨检测器是可以检测光子脉冲中的各个光子的实际数量的检测器。开发光子数分辨检测器对于量子信息系统中的许多应用(诸如使用线性光学的量子计算和量子通信)是重要的。一个示例光子数分辨检测器是空间划分(space division)光子数分辨检测器，其中信号被分到许多空间信道中，空间信道中的每一者由单光子检测器端接。空间划分光子数分辨检测器的一个缺点是其需要大量的单光子检测器。

另一个示例光子数分辨检测器是时分复用检测器，该时分复用检测器使用两个单光子检测器。时分复用检测器包括成对的单模光纤，其中该对中的一个光纤在时分复用检测器的每个后续级处具有增加的长度。示例时分复用检测器在D.Achilles等人的“Photonnumber resolving detection using time-multiplexing(使用时分复用的光子数分辨检测)”(量子电子会议，2004(IQEC)IThD3，国际，2008)中有所描述。然而，当前的时分复用检测器依赖于增加的光纤段长度，这引起增加的光子衰减，从而降低单光子检测器处的光子测量的可靠性，并且增加时分复用检测器的总体尺寸。

因此，需要促进降低光子衰减同时具有减小的总体尺寸的替代的、改进的光子数分辨检测器。

发明内容

根据本公开的第一方面，一种光子数分辨检测器系统包括：光子源，该光子源定位在输入端；第一光子检测器和第二光子检测器，该第一光子检测器和该第二光子检测器各自定位在检测端；以及多个光学耦合器，该多个光学耦合器定位在输入端与检测端之间。多个光学耦合器包括：光学地耦合到光子源的初始光学耦合器、光学地耦合到第一光子检测器和第二光子检测器的最终光学耦合器、以及定位在初始光学耦合器与最终光学耦合器之间的一个或多个中间光学耦合器。光子数分辨检测器还包括第一输入链路和多个双路径跨接(dual pass span)，该第一输入链路光学地耦合到光子源和初始光学耦合器并且在光子源与初始光学耦合器之间延伸，该多个双路径跨接在相邻的光学耦合器之间延伸并且光学地耦合到相邻的光学耦合器。多个双路径跨接各自包括无延迟路径和延迟路径，所述无延迟路径具有无延迟光纤链路，所述延迟路径具有量子存储器，所述量子存储器定位在输入子链路与输出子链路之间并且光学地耦合到所述输入子链路和所述输出子链路；以及

第二方面包括第一方面所述的光子数分辨检测器系统，其中多个光学耦合器是熔接光学耦合器。

第三方面包括第一方面或第二方面所述的光子数分辨检测器系统，进一步包括第一输出链路和第二输出链路，该第一输出链路光学地耦合到最终光学耦合器和第一光子检测器并且在最终光学耦合器与第一光子检测器之间延伸，该第二输出链路光学地耦合到最终光学耦合器和第二光子检测器并且在最终光学耦合器与第二光子检测器之间延伸。