In de kwantuminformatiewetenschap en kwantumdetectievelden worden detectoren met één foton veel gebruikt. Ze spelen een cruciale rol bij verschillende wetenschappelijke doorbraken en zijn noodzakelijk kwantumoptica testen. De beste manier om licht te meten is met detectoren met een fotongetal, maar slechts een beperkt aantal detectoren kunnen dit doen op een niveau van enkele fotonen.
Een nieuwe studie van Yale Wetenschappers rapporteren een detector op de chip die tot 100 fotonen kan oplossen door een reeks supergeleidende nanodraden spatiotemporeel te multiplexen langs een enkele optische golfgeleider.
Photon-number-resolving (PNR) detectoren worden beschouwd als de meest wenselijke technologie voor het detecteren van licht. Dankzij hun uitzonderlijk hoge gevoeligheid kunnen ze de fotonen in zelfs de zwakste lichtpulsen tellen. Ze zijn van fundamenteel belang voor verschillende kwantumtoepassingen, waaronder kwantumcomputing, cryptografie en teledetectie. Het aantal fotonen dat de huidige systemen voor het tellen van fotonen tegelijkertijd kunnen detecteren, is beperkt, doorgaans slechts één tegelijk en niet meer dan tien.
Yiyu Zhou, een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Tang, zei: “Het probleem is dat als je er meer dan één hebt, de detector verzadigd raakt.”
“Het apparaat verbetert niet alleen de PNR-capaciteit met maximaal 100, maar verbetert ook de telsnelheid met drie ordes van grootte. Bovendien werkt het op een gemakkelijk bereikbare temperatuur.”
Tang zei: “Hierdoor maakt het apparaat een breder scala aan toepassingen mogelijk, vooral in veel snel opkomende kwantumtoepassingen, zoals grootschalige Boson-sampling, fotonische kwantumcomputers en kwantummetrologie.”
Wetenschappers zijn verder van plan om de detector te integreren met kwantumlichtbronnen op de chip. Conventionele detectoren zijn ontworpen om te worden gekoppeld aan een optische vezel, wat tot signaalverlies kan leiden.
Risheng Cheng, een voormalig postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Tang en wetenschappelijk onderzoeker bij Meta, zei, "Als we alles kunnen integreren, zouden we minder verliezen en een hogere betrouwbaarheid van de metingen hebben."
Journal Reference:
- Cheng, R., Zhou, Y., Wang, S. et al. Een fotongetaloplossende detector van 100 pixels die fotonstatistieken onthult. Nat. Foton. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01119-3
