In den Bereichen Quanteninformationswissenschaft und Quantensensorik werden Einzelphotonendetektoren häufig eingesetzt. Sie spielen bei mehreren wissenschaftlichen Durchbrüchen eine entscheidende und notwendige Rolle Quantenoptik Tests. Der beste Weg, Licht zu messen, sind Detektoren mit rotierender Photonenzahl, aber nur einige wenige Detektoren können dies auf Ebenen mit wenigen Photonen tun.
Eine neue Studie von Yale Wissenschaftler berichten über einen On-Chip-Detektor, der bis zu 100 Photonen auflösen kann, indem er eine Reihe supraleitender Nanodrähte entlang eines einzelnen optischen Wellenleiters räumlich und zeitlich multiplext.
Photonenzahlauflösende (PNR) Detektoren gelten als die wünschenswerteste Technologie zur Lichtdetektion. Dank ihrer außergewöhnlich hohen Empfindlichkeit können sie die Photonen selbst in den schwächsten Lichtimpulsen zählen. Sie sind von grundlegender Bedeutung für verschiedene Quantenanwendungen, einschließlich Quantencomputing, Kryptographie und Fernerkundung. Die Anzahl der Photonen, die aktuelle Photonenzählsysteme gleichzeitig erfassen können, ist begrenzt, typischerweise nur eines auf einmal und nicht mehr als zehn.
Yiyu Zhou, ein Postdoktorand in Tangs Labor, sagte: „Das Problem ist, dass der Detektor gesättigt ist, wenn man mehr als einen hat.“
„Das Gerät verbessert nicht nur die PNR-Fähigkeit um bis zu 100, sondern verbessert auch die Zählrate um drei Größenordnungen. Außerdem arbeitet es bei einer leicht zugänglichen Temperatur.“
Tang sagte: „Aus diesem Grund ermöglicht das Gerät ein breiteres Anwendungsspektrum, insbesondere in vielen sich schnell entwickelnden Quantenanwendungen, wie z. B. Boson-Probenahme in großem Maßstab, photonischem Quantencomputing und Quantenmetrologie.“
Wissenschaftler planen außerdem, den Detektor mit Quantenlichtquellen auf dem Chip zu integrieren. Herkömmliche Detektoren sind für den Anschluss an eine Glasfaser ausgelegt, was zu Signalverlusten führen kann.
Risheng Cheng, ein ehemaliger Postdoktorand in Tangs Labor und Forschungswissenschaftler bei Meta, sagte, „Wenn wir alles integrieren könnten, hätten wir einen geringeren Verlust und eine höhere Messgenauigkeit.“
Journal Referenz:
- Cheng, R., Zhou, Y., Wang, S. et al. Ein 100-Pixel-Photonenzahl-auflösender Detektor, der Photonenstatistiken enthüllt. Nat. Photon. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01119-3
