_ Deblocarea preciziei cuantice: supraconductor extins benzi pentru o precizie îmbunătățită de numărare a fotonilor

Folosirea fotonilor unici ca qubiți a devenit o strategie proeminentă în tehnologia informației cuantice. Determinarea cu precizie a numărului de fotoni este crucială în diferite sisteme cuantice, inclusiv în calculul cuantic, comunicarea cuantică și metrologia cuantică.

Detectorii cu rezoluție a numărului de fotoni (PNRD) joacă un rol vital în obținerea acestei acuratețe și au doi indicatori principali de performanță: fidelitatea rezolvării, care măsoară probabilitatea înregistrării cu acuratețe a numărului de fotoni incidenti și intervalul dinamic, care descrie numărul maxim de fotoni rezolubili.

Detectoarele supraconductoare nanobande cu un singur foton (SNSPD) sunt considerată tehnologia de vârf pentru detectarea unui singur foton. Ele oferă eficiență aproape perfectă și performanță de mare viteză.

Cu toate acestea, în ceea ce privește rezoluția numărului de fotoni, PNRD-urile bazate pe SNSPD s-au străduit să găsească un echilibru între fidelitate și interval dinamic. SNSPD-urile de tip matrice existente, care împart fotonii incidenti într-un număr limitat de pixeli, se confruntă cu constrângeri de fidelitate. Astfel, acești detectori sunt denumiti cvasi-PNRD.

SNSPD-urile funcționează prin ruperea supraconductivității locale a unei benzi înguste, răcite, polarizate de curent atunci când un foton este absorbit. Acest lucru creează o regiune rezistivă locală numită hotspot, iar curentul rezultat este deviat printr-un rezistor de sarcină, generând un impuls de tensiune detectabil.

De aceea, un SNSPD cu o bandă supraconductoare suficient de lungă poate fi văzută ca o cascadă. de mii de elemente, iar n-fotonii care activează simultan diferite elemente ar trebui să genereze n puncte fierbinți care nu se suprapun. Cu toate acestea, SNSPD-urile convenționale combinate cu citirile criogenice modificate pot rezolva doar 3-4 numere de fotoni, rezultând un interval dinamic scăzut.

Așa cum au raportat în Advanced Photonics, cercetătorii de la Institutul de Microsistem și Tehnologia Informației din Shanghai (SIMIT). ), Academia Chineză de Științe, au făcut progrese în îmbunătățirea capacității de rezolvare a numărului de fotoni a SNSPD-urilor.

Prin creșterea lățimii benzii sau a inductanței totale, au reușit să depășească limitele lățimii de bandă și fluctuația de timp în citire. Electronică. Acest lucru a dus la margini ascendente întinse și raportul semnal-zgomot îmbunătățit în impulsurile de răspuns și, astfel, a îmbunătățit fidelitatea citirii.

Prin lărgirea benzii supraconductoare la o scară micrometrică, cercetătorii au prezentat prima observație a rezoluția numărului de fotoni adevărate de până la 10 utilizând detectorul de foton unic cu microbandă supraconductoare (SMSPD). În mod surprinzător, au obținut aceste rezultate chiar și fără utilizarea amplificatoarelor criogenice. Fidelitatea citirii a atins o valoare impresionantă de 98% pentru evenimentele cu 4 fotoni și 90% pentru evenimentele cu 6 fotoni.

În plus, cercetătorii au propus o configurație de sincronizare cu două canale pentru a permite citirea în timp real a numărului de fotoni. Această abordare a redus semnificativ cerințele de achiziție de date cu trei ordine de mărime și a simplificat configurarea citirii. Ei au demonstrat, de asemenea, utilitatea sistemului lor în tehnologia informației cuantice prin crearea unui generator de numere aleatorii cuantice bazat pe eșantionarea parității unei stări coerente.

Această tehnologie asigură imparțialitatea, robustețea împotriva imperfecțiunilor experimentale și a zgomotului ambiental, și rezistența la interceptări.

Această cercetare reprezintă un progres semnificativ în domeniul PNRD-urilor. Odată cu îmbunătățirea suplimentară a eficienței de detectare a SMSPD-urilor, această tehnologie ar putea deveni ușor accesibilă pentru diferite aplicații de informații cuantice optice. Aceste rezultate evidențiază potențialul SNSPD-urilor sau SMSPD-urilor de a obține o rezoluție de înaltă fidelitate și cu o gamă dinamică mare a numărului de fotoni.

(Fluierul)