Tek fotonları kübit olarak kullanmak, kuantum bilgisinde öne çıkan bir strateji haline geldi teknoloji. Foton sayısının doğru bir şekilde belirlenmesi, kuantum hesaplama, kuantum iletişimi ve kuantum metrolojisi dahil olmak üzere çeşitli kuantum sistemlerinde çok önemlidir.
Foton sayısı çözümleyici dedektörler (PNRD'ler) bu doğruluğun elde edilmesinde hayati bir rol oynar ve iki ana performans göstergesine sahiptir: gelen fotonların sayısını doğru bir şekilde kaydetme olasılığını ölçen çözümleme doğruluğu ve maksimum çözülebilir fotonu tanımlayan dinamik aralık. sayı.
Süper iletken nanoşerit tek foton dedektörleri (SNSPD'ler), tek foton tespiti için önde gelen teknoloji olarak kabul edilir. Mükemmele yakın verimlilik ve yüksek hızlı performans sunarlar.
Ancak foton sayısı çözünürlüğüyle ilgili olarak, SNSPD tabanlı PNRD'ler aslına uygunluk ile dinamik aralık arasında bir denge bulmakta zorlandı. Gelen fotonları sınırlı sayıda piksele bölen mevcut dizi tarzı SNSPD'ler, aslına uygunluk kısıtlamalarıyla karşı karşıyadır. Bu dedektörler bu nedenle yarı-PNRD'ler olarak anılır.
SNSPD'ler, bir foton emildiğinde dar, soğutulmuş, akıma bağlı bir şeridin yerel süper iletkenliğini kırarak çalışır. Bu, sıcak nokta adı verilen yerel bir dirençli bölge oluşturur ve ortaya çıkan akım, bir yük direnci aracılığıyla yönlendirilerek, tespit edilebilir bir voltaj darbesi üretilir.
Bu nedenle, yeterince uzun bir süperiletken şeride sahip bir SNSPD, binlerce elementten oluşan bir basamak olarak görülebilir ve farklı elementleri aynı anda aktive eden n-foton, n örtüşmeyen sıcak noktalar. Bununla birlikte, değiştirilmiş kriyojenik okumalarla birleştirilen geleneksel SNSPD'ler yalnızca 3-4 foton sayısını çözebilir ve bu da düşük bir dinamik aralığa neden olur.
Içinde bildirildiği gibi Gelişmiş FotonikÇin Bilimler Akademisi, Şanghay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü'nden (SIMIT) araştırmacılar, SNSPD'lerin foton sayısını çözme yeteneğini geliştirmede ilerleme kaydetti.
Şerit genişliğini veya toplam endüktansı artırarak, okuma elektroniklerindeki bant genişliği sınırlamalarının ve zamanlama titreşiminin üstesinden gelebildiler. Bu, yanıt darbelerinde yükselen kenarların uzatılmasına ve sinyal-gürültü oranının iyileştirilmesine ve dolayısıyla okuma doğruluğunun artmasına neden oldu.
Araştırmacılar, süper iletken şeridi bir mikrometre ölçeğine kadar genişleterek, süper iletken mikro şerit tek foton dedektörünü (SMSPD) kullanarak gerçek foton sayısı çözünürlüğünün 10'a kadar ilk gözlemini sundular. Şaşırtıcı bir şekilde, bu sonuçlara kriyojenik amplifikatörler kullanılmadan bile ulaşıldı. Okuma doğruluğu, 98 fotonlu olaylar için etkileyici bir şekilde yüzde 4'e ve 90 fotonlu olaylar için yüzde 6'a ulaştı.
Ayrıca araştırmacılar, gerçek zamanlı foton sayısının okunmasını mümkün kılmak için çift kanallı bir zamanlama kurulumu önerdiler. Bu yaklaşım, veri toplama gereksinimlerini üç kat azalttı ve okuma kurulumunu basitleştirdi. Ayrıca tutarlı bir durumun paritesini örneklemeye dayanan bir kuantum rastgele sayı üreteci oluşturarak sistemlerinin kuantum bilgi teknolojisindeki faydasını da gösterdiler.
Bu teknoloji tarafsızlık, deneysel kusurlara ve çevresel gürültüye karşı sağlamlık ve gizli dinlenmeye karşı dayanıklılık sağlar.
Bu araştırma PNRD'ler alanında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. SMSPD'lerin algılama verimliliğindeki daha fazla gelişme ile bu teknoloji, çeşitli optik kuantum bilgi uygulamaları için kolaylıkla erişilebilir hale gelebilir. Bu sonuçlar, SNSPD'lerin veya SMSPD'lerin yüksek doğruluk ve geniş dinamik aralıklı foton sayısı çözünürlüğü elde etme potansiyelini vurgulamaktadır.