Forskere udvikler praktisk superledende nanotråd single-foton detektor med rekorddetekteringseffektivitet

Superledende nanotråd single-foton detektorer (SNSPD'er) er betydeligt bedre til foton detektion effektivitet (DE) sammenlignet med deres halvledende modparter, og har muliggjort mange gennembrudsprogrammer inden for kvanteinformationsteknologier. Et team ledet af Prof. Lixing You fra Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences (CAS) har demonstreret fremstilling og drift af et NbN-SNSPD med systemdetekteringseffektivitet over 90 procent ved 2,1 K ved en bølgelængde på 1550 nm, hvilket baner vej for praktisk anvendelse af SNSPD.

Resultaterne blev offentliggjort for nylig den Videnskab Kina fysik, Mekanik og astronomi som omslagsbilledhistorie. Dr. Weijun Zhang er den første forfatter, og Dr. Lixing You er den tilsvarende forfatter.

Ved 1550 nm, som er den vigtigste bølgelængde til applikationer, den nyeste SNSPD fremstillet af WSi -superleder har nået en DE -rekord på 93 procent, sammenlignet med InGaAs detektor med DE ~ 30 procent. Desværre, WSi-SNSPD fungerer normalt ved temperaturer under kelvin, kræver dyrt, bruger-uvenligt køleudstyr.

Der er gjort omfattende bestræbelser på udvikling af SNSPD'er baseret på NbN målrettet mod en driftstemperatur over 2K, tilgængelig for billige og brugervenlige kompakte kryokølere. Med et årti forskning, detektionseffektiviteten af ​​NbN-SNSPD'er blev gradvist forøget til ~ 80 procent. Imidlertid, yderligere forbedringer har vist sig at være udfordrende. At opnå DE over 90 procent kræver samtidig optimering af mange faktorer, herunder næsten perfekt optisk kobling, næsten perfekt absorption, og nær-enhed iboende kvanteeffektivitet. Tidligere forsøg på at opnå dette har for det meste været resultatet af en proces med forsøg og fejl.

Dette papir rapporterede først et NbN-SNSPD-system baseret på en G-M kryokøler med systemdetekteringseffektivitet over 90 procent (ved mørk tællingshastighed på 10 Hz) ved 2,1 K ved en bølgelængde på 1550 nm. Enhedens effektivitet mætter til 92 procent, når temperaturen sænkes til 1,8 K.

Denne enheds succes skyldes en integreret fordelt Bragg-reflektor (DBR) hulrum, der tilbyder nær-enhedsdetektion ved grænsefladen, og gennem systematisk optimering af NbN nanotrådens slyngede geometri. Den fælles indsats gør det muligt for forskere samtidig at nå de strenge krav til kobling, absorption og iboende kvanteeffektivitet. Derudover enheden viser timing rystelser ned til 79 ps, næsten halvdelen af ​​tidligere rapporterede WSi-SNSPD, lovende yderligere fordele i applikationer, der kræver høj timing -præcision. Enhederne er blevet anvendt til kvanteinformationsgrænseforsøgene på University of Science and Technology i Kina.

SNSPD med nær-enhed detektion effektivitet operationel på økonomisk og brugervenlig kompakt kryokøler vil give forskere en kraftfuld, tilgængeligt værktøj, og baner vejen for yderligere gennembrud inden for kvanteinformationsteknologi, såsom optisk kvanteberegning/simulering og kvantnøglefordeling.