خلاصه خبر:
محققان در بهبود قابلیت تفکیک عدد فوتون آشکارسازهای نانو نوار تک فوتون ابررسانا (SNSPDs) پیشرفت چشمگیری داشته اند. با گسترش نوار ابررسانا به مقیاس میکرومتری، به کمک آشکارساز تک فوتون میکرو نواری ابررسانا (SMSPD) و بدون نیاز به تقویت‌کننده‌های برودتی، به وضوح تشخیص تعداد فوتون تا 10 دست یافتند. میزان fidelity خوانش برای رویدادهای 4 فوتونی به 98 درصد و برای رویدادهای 6 فوتون به 90 درصد رسید. همچنین یک ساختار زمان‌بندی دو کاناله برای خوانش عدد فوتون به طور آنی، در کنار ساده‌سازی تنظیمات و کاهش نیازهای جمع‌آوری داده‌ها را پیشنهاد کردند. این پیشرفت امکاناتی را برای کاربردهای اطلاعات کوانتومی نوری باز می‌کند و بر پتانسیل SNSPD و SMSPD برای وضوح اعداد فوتون با fidelity و برد دینامیکی بالا تأکید می‌کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان مؤسسه میکروسیستم و فناوری اطلاعات شانگهای (SIMIT)، آکادمی علوم چین، پیشرفت قابل توجهی در افزایش قابلیت تفکیک عدد فوتون آشکارسازهای مبتنی بر نانو نوار ابررسانا داشته اند. با پهن کردن نوار ابررسانا تا مقیاس میکرومتر، با استفاده از آشکارساز تک فوتون میکرو نواری ابررسانا (SMSPD)، محققان به وضوح عدد تشخیص فوتون تا 10 دست یافتند. با کمال تعجب، آنها این کار را بدون نیاز به تقویت کننده های برودتی انجام دادند. fidelity خوانش برای رویدادهای 4 فوتونی به 98 درصد و برای رویدادهای 6 فوتون به 90 درصد رسیده است.
برای فعال کردن خوانش اعداد فوتون به طور آنی ، پژوهشگران یک ساختار زمان‌بندی با دو کانال ارائه کردند که نیازهای جمع‌آوری داده را به طور چشمگیری تا سه مرتبه نسبت به قبل کاهش می‌دهد. این رویکرد تنظیمات خوانش را ساده می کند و مزایای عملی را ارائه می دهد. این تیم سودمندی سیستم خود را با ایجاد یک مولد اعداد تصادفی کوانتومی بر اساس نمونه‌برداری از برابری یا جفت بودن یک حالت همدوس نشان دادند. این فناوری بی طرفی، استحکام در برابر عیوب تجربی و نویزهای محیطی و مقاومت در برابر استراق سمع را تضمین می کند.
این دستآورد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در آشکارسازهای تشخیص عدد فوتون است. محققان با حفظ سرعت بالا و دقت زمان‌بندی، بر چالش‌ها در ایجاد تعادل دامنه دینامیکی و fidelity غلبه کردند. با بهبود بیشتر در کارایی تشخیص SMSPD ها، این فناوری می تواند به راحتی برای برنامه های مختلف اطلاعات کوانتومی نوری قابل دسترسی باشد. این نتایج، پتانسیل آشکارسازهای مبتنی بر نانو نوار ابررسانا، مانند SMSPDs را برای دستیابی به وضوح اعداد فوتون با fidelity و برد دینامیکی بالا نشان می‌دهد.
این تحقیق با ارائه آشکارسازهای کارآمد و دقیق در تشخیص عدد فوتون، فرصت‌های جدیدی را در علم اطلاعات کوانتومی نوری باز می‌کند. ترکیبی از fideity بالا، محدوده دینامیکی زیاد، خوانش آنی، و سادگی در ساختار و ساخت دستگاه، این رویکرد را به یک راه امیدوارکننده برای پیشرفت علم اطلاعات کوانتومی نوری تبدیل می‌کند.
منبع
Ling-Dong Kong et al, Large-inductance superconducting microstrip photon detector enabling 10 photon-number resolution, Advanced Photonics (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.1.016004
