上海微系統(tǒng)所研制出光子數(shù)可分辨的超高速光量子探測(cè)器 或可支持深空激光通信
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器作為當(dāng)前的主流器件，在量子通信、光學(xué)量子計(jì)算和量子力學(xué)原理驗(yàn)證等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器在探測(cè)速率和光子數(shù)分辨能力上存在一定的局限性。
近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(以下簡稱“上海微系統(tǒng)所”)李浩與尤立星團(tuán)隊(duì)，利用三明治結(jié)構(gòu)超導(dǎo)納米線、多線并行工作的方式，發(fā)展出最大計(jì)數(shù)率5GHz、光子數(shù)分辨率61的超高速、光子數(shù)可分辨光量子探測(cè)器。
據(jù)了解，該探測(cè)器在探測(cè)效率和速度上均達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在1550nm波長下的系統(tǒng)探測(cè)效率高達(dá)90%，意味著在傳輸過程中，每100個(gè)光子中有90個(gè)能被探測(cè)器精準(zhǔn)捕捉。同時(shí)，其光子數(shù)分辨率達(dá)到61，意味著探測(cè)器能夠同時(shí)辨別出多達(dá)61個(gè)光子的數(shù)量，這在光量子探測(cè)領(lǐng)域是一項(xiàng)重大進(jìn)步。
值得一提的是，為了保證探測(cè)系統(tǒng)的輕便性和可靠性，研究團(tuán)隊(duì)還搭建了基于GM小型制冷機(jī)制冷集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持64路電通道，最低工作溫度為2.3K，為探測(cè)器提供了穩(wěn)定的工作環(huán)境。同時(shí)，探測(cè)器芯片在分布式布拉格反射器上集成了64條超導(dǎo)納米線，既提高了光子吸收率，又保證了探測(cè)速度。
對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)背景，李浩表示：“隨著量子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)光量子探測(cè)器的性能要求也越來越高。我們團(tuán)隊(duì)一直致力于提高探測(cè)器的效率和速度，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。此次成功研制出光子數(shù)可分辨的超高速光量子探測(cè)器，是我們多年努力的成果。”
上海微系統(tǒng)所此次的突破，不僅解決了傳統(tǒng)的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器在探測(cè)速率和光子數(shù)分辨能力局限性，還為深空激光通信、高速率量子通信以及基礎(chǔ)量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支持。
相關(guān)研究成果以Superconducting single photon detector with speed of 5 GHz and photon number resolution of 61為題在線發(fā)表在《光子學(xué)研究》(Photonics Research)上，并入選編輯推薦。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目、上海市“揚(yáng)帆計(jì)劃”等的支持。
資料來源： 上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
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