Låser op for kvantepræcision:Udvidede superledende strimler for forbedret fotontællings nøjagtighed
Brug af enkelte fotoner som qubits er blevet en fremtrædende strategi inden for kvanteinformationsteknologi. Nøjagtig bestemmelse af antallet af fotoner er afgørende i forskellige kvantesystemer, herunder kvanteberegning, kvantekommunikation og kvantemetrologi.
Photon-number-resolving detectors (PNRD'er) spiller en afgørende rolle i at opnå denne nøjagtighed og har to hovedydelsesindikatorer:opløsningstrohed, som måler sandsynligheden for nøjagtig registrering af antallet af indfaldende fotoner, og dynamisk område, som beskriver den maksimale opløselige foton nummer.
Superledende nanostrip single-photon-detektorer (SNPD'er) betragtes som den førende teknologi til enkelt-foton-detektion. De tilbyder næsten perfekt effektivitet og højhastighedsydelse.
Med hensyn til fotonnummeropløsning har SNSPD-baserede PNRD'er imidlertid kæmpet for at finde en balance mellem troskab og dynamisk rækkevidde. Eksisterende array-stil SNSPD'er, som deler indfaldende fotoner mellem et begrænset antal pixels, står over for fidelity-begrænsninger. Disse detektorer omtales således som kvasi-PNRD'er.
SNSPD'er fungerer ved at bryde den lokale superledning af en smal, afkølet, strømforspændt strimmel, når en foton absorberes. Dette skaber et lokalt resistivt område kaldet et hotspot, og den resulterende strøm afledes gennem en belastningsmodstand, hvilket genererer en detekterbar spændingsimpuls.
Derfor kan en SNSPD med en tilstrækkelig lang superledende strimmel ses som en kaskade af tusindvis af elementer, og n-foton, der samtidigt aktiverer forskellige elementer, burde generere n ikke-overlappende hotspots. Konventionelle SNSPD'er kombineret med modificerede kryogene udlæsninger kan dog kun løse 3-4 fotontal, hvilket resulterer i et lavt dynamisk område.
Som rapporteret i Avanceret fotonik , forskere fra Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences, har gjort fremskridt med at forbedre SNSPD'ers evne til at opløse fotontal.
Ved at øge strimmelbredden eller den samlede induktans var de i stand til at overvinde båndbreddebegrænsninger og timing-jitter i udlæsningselektronik. Dette resulterede i strakte stigende kanter og forbedret signal-til-støj-forhold i responsimpulserne og dermed forbedret udlæsningsfidelitet.
Ved at udvide den superledende strimmel til en mikrometerskala har forskerne præsenteret den første observation af sand-foton-tal-opløsning op til 10 ved hjælp af den superledende mikrostrip single-photon-detektor (SMSPD). Overraskende nok opnåede de disse resultater selv uden brug af kryogene forstærkere. Udlæsningsnøjagtigheden nåede imponerende 98 procent for 4-foton-hændelser og 90 procent for 6-foton-hændelser.
Desuden foreslog forskerne en dual-channel timing opsætning for at muliggøre real-time foton-nummer udlæsning. Denne tilgang reducerede dataindsamlingskravene markant med tre størrelsesordener og forenklede udlæsningsopsætningen. De demonstrerede også nytten af deres system inden for kvanteinformationsteknologi ved at skabe en kvantetilfældig talgenerator baseret på sampling af pariteten af en sammenhængende tilstand.
Denne teknologi sikrer upartiskhed, robusthed over for eksperimentelle ufuldkommenheder og miljøstøj og modstand mod aflytning.
Denne forskning repræsenterer et betydeligt fremskridt inden for PNRD'er. Med yderligere forbedring af detektionseffektiviteten af SMSPD'er kan denne teknologi blive let tilgængelig for forskellige optiske kvanteinformationsapplikationer. Disse resultater fremhæver potentialet ved SNSPD'er eller SMSPD'er for at opnå high-fidelity og fotontal-opløsning med stort dynamisk område.
Flere oplysninger: Ling-Dong Kong et al., superledende mikrostrip-fotondetektor med stor induktans, der muliggør opløsning med 10 fotontal, Avanceret fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016004
Journaloplysninger: Avanceret fotonik
Leveret af SPIE
Varme artikler
-
Elektron fanget i handlingenLektor i fysik Igor Litvinyuk i Australian Attosecond Science Facility. Kredit:Griffith University. Australiens hurtigste kamera har afsløret den tid, det tager for molekyler at bryde fra hinanden -
Beregning af hadroner ved hjælp af supercomputereAntoni Woss er blevet tildelt JSA Thesis Prize i 2019 for at have undersøgt den teori, der ligger til grund for egenskaberne af subatomære partikler, og hvordan de kan henfalde. Kredit:Antoni Woss -
Forskere opdager usædvanlig konkurrence mellem ladningstæthedsbølge og superledningTryktemperaturfase for CsV 3 Sb 5 . Kredit:Yu et al. Et forskerhold ledet af prof. Chen Xianhui fra University of Science and Technology i Kina fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) fandt -
Bobler følger med strømmen:Simulerer opførsel af væsker, der bevæger sig gennem rørForskere fra University of Tokyo udvikler en ny fysisk model, der inkorporerer tæthedsafhængigheden af viskositet for at forstå samspillet mellem strømmende viskøse væsker og rørvægge, med løfte om
- Undersøgelse tyder på, at Jorden og Månen ikke er identiske ilttvillinger
- Fransk flyboard vovehals til at give et nyt kanalbud
- Vand kan modulere aktiviteten og selektiviteten af reduktion af kuldioxid
- Kunstig intelligens hjælper med at accelerere fremskridt mod effektive fusionsreaktioner
- Carbon nanorør harpun fanger individuelle hjernecellesignaler
- Iskolde kæmpeplaneter i laboratoriet