Inom kvantinformationsvetenskap och kvantavkänningsfält används singelfotondetektorer i stor utsträckning. De spelar en avgörande roll i flera vetenskapliga genombrott och nödvändiga kvantoptik tester. Det bästa sättet att mäta ljus är med fotonnummer-roterande detektorer, men endast ett fåtal utvalda detektorer kan göra det på få fotonnivåer.
En ny studie från Yale forskare rapporterar en detektor på chip som kan lösa upp till 100 fotoner genom att spatiotemporally multiplexa en rad supraledande nanotrådar längs en enda optisk vågledare.
Photon-number-resolving (PNR) detektorer anses vara den mest önskvärda tekniken för att detektera ljus. Tack vare sin exceptionellt höga känslighet kan de räkna fotonerna i även de svagaste ljuspulserna. De är grundläggande för olika kvanttillämpningar, inklusive kvantberäkning, kryptografi och fjärranalys. Antalet fotoner som nuvarande fotonräkningssystem kan detektera samtidigt är begränsat, vanligtvis bara en åt gången och inte mer än tio.
Yiyu Zhou, en postdoktor i Tangs labb, sa: "Problemet är att om du har mer än en kommer detektorn att vara mättad."
"Enheten förbättrar inte bara PNR-kapaciteten med upp till 100 utan förbättrar också räknehastigheten med tre storleksordningar. Den fungerar också vid en lättillgänglig temperatur."
Tang sa, "På grund av detta tillåter enheten ett bredare spektrum av applikationer, särskilt i många snabbt framväxande kvanttillämpningar, såsom storskalig bosonsampling, fotonisk kvantberäkning och kvantmetrologi."
Forskare planerar vidare att integrera detektorn med on-chip kvantljuskällor. Konventionella detektorer är utformade för att kopplas till en optisk fiber, vilket kan leda till signalförlust.
Risheng Cheng, en före detta postdoktor i Tangs labb och en forskare vid Meta, sade, "Om vi kan integrera allt, skulle vi ha en lägre förlust och en högre mättrohet."
Tidskriftsreferens:
- Cheng, R., Zhou, Y., Wang, S. et al. En 100-pixlars fotonnummerupplösningsdetektor som visar fotonstatistik. Nat. Foton. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01119-3
