摘要： 离散变量量子光学作为量子技术最具前景的平台之一，其实验室外应用成果正日益增多[1]。为开发能与未来工程系统兼容的竞争性量子光子系统，光源与探测器件领域取得了重大进展[2]。当前实验操作速率成为关键制约因素——虽然时域复用技术原则上可实现GHz量级的光子源泵浦[3]，但探测环节的计时误差严重限制了超高速运行。有限的分辨率会直接影响时间关联单光子计数或量子态操控的质量[3]，特别是单光子探测器的时间抖动会导致特定光时钟周期内的计数与相邻周期计数无法区分[2]。量子隐形传态[1]、量子态工程[3]和量子随机数生成等操作都要求快速精准的时间标记。为推动技术进步并促进现有量子通信协议的新概念发展，准确描述探测器计时性能的影响至关重要。 本研究通过原创理论模型专门解决探测时域不确定性问题，该模型能描述不具备光子数分辨能力的标准单光子探测器[2]在显著计时抖动和死区时间[4]影响下的时域行为。针对不具备光子数分辨能力的常规ON/OFF探测器[2]，我们采用正算子值测量(POVM)形式体系[5]。该方法已成功用于描述具备光子数分辨能力的探测器，并实验验证了未知单光子探测器的特性[6]。我们的模型利用多模形式体系描述时域自由度，通过完全可操作的POVM描述完整呈现ON/OFF探测器的时间分辨效应，在考虑死区时间和有限探测效率影响的同时，不对入射光子数作任何先验限制。 我们将成果应用于直接光子探测、符合测量和预示量子态制备等典型量子光学实验中计时抖动效应的定量研究。例如在时间关联实验中，针对孪生光子源模型可显式表达延迟概率密度函数；该全量子方法还能通过考虑预示探测器的缺陷，推导出预示单光子生成实验[3]所得单光子态的密度矩阵。本研究通过建立存在显著计时抖动和死区时间的实际探测环节的完整可操作POVM描述，填补了实用量子技术讨论中的空白。尽管主要采用单/双光子入射的简化案例，但该形式体系能描述通用实验场景，这些特性对理解超高速量子通信中的计时抖动效应（特别是当探测器抖动与重复周期不可忽略时）具有重要价值。