ID Quantique 和日内瓦大学的研究人员在超导纳米线单光子探测器 (SNSPD) 技术方面取得了重大进展。新型 28 像素并行 SNSPD (P-SNSPD) 结合了先进的光子数分辨 (PNR) 和超高速性能。

主要亮点

• 仅使用一条同轴读出线即可实现高检测率：检测率高达 200 Mcps 时 SDE >50% 且抖动为 80 ps
• 登峰造极的 PNR：2 光子事件效率为 75%，3 光子事件效率为 60%，并在 40 MHz 下精确重建泊松光状态
• 简单、可扩展的读数：每个 28 像素探测器只有一个低温通道，无需高精度时间标记，并且无需后处理即可实时区分光子数。

P-SNSPD架构

与需要为每个像素设置单独读出通道的传统 SNSPD 阵列不同，该设计采用并行架构，其中所有 28 个像素均在芯片上连接，光子数信息编码在输出脉冲的幅度中。这使得可以通过单根同轴电缆读出整个探测器，从而大大简化了实验设置并提高了可扩展性。

高速性能

这款 P-SNSPD 表现出卓越的高速性能，即使在计数率高达 200 MCps 的情况下也能保持超过 50% 的系统检测效率 (SDE)，而该计数率下的时间抖动仅为 80 ps。研究人员仅使用四个这样的探测器，仅使用四个低温读出通道，就实现了 ∼1.3 Gcps 的最大计数率 (MCR)。高速性能和最小读出复杂性的结合使该技术在需要极高检测率的应用中占据优势地位。

光子数分辨

这种并行架构允许确定光子数状态，而无需复杂的后处理，只需根据输出电压幅度的判别即可。使用多个像素可以将 n 光子保真度缩放到接近理想的“固有”缩放，而理想的“固有”缩放由设备的单光子效率决定。因此，这款 28 像素设备实现了 2 光子事件的 75% 效率和 3 光子事件的 60% 效率。

该团队还成功重建了重复率为 40 MHz 的输入相干态的统计数据，展示了该探测器进行量子光学实验的能力。

启示

高计数率下的高效率和低抖动、可扩展的读出和先进的光子数分辨率的结合，使多像素 P-SNSPD 成为一种多功能工具，可能对各种量子技术产生深远的影响：

• 量子网络应用，例如更快的量子密钥分发系统
• 高速光量子计算协议

要了解更多信息，请查看此处的论文：

https://arxiv.org/pdf/2406.15312

 

现已推出

这项技术现已作为 ID Quantique 的 ID281 或 ID281 Pro SNSPD 系统的一部分投入商业使用，为全球研究人员和行业专业人士带来尖端的光子检测能力。