基于光学腔内离子库仑晶体的光子数分辨探测器分析

高效探测单光子的能力是各种量子信息应用的关键要求。通过将光子的量子存储过程与基于荧光的量子态测量相结合，原则上可以在大原子系综中实现高效的光子计数。然而，大量原子可能会因初始态制备不完美和非共振荧光而产生显著的噪声问题。我们提出了一种具体的实现方案，即基于中等高精细度光学腔内离子库仑晶体的光子数分辨探测器。对于精细度为 3000 的情况，腔增强效应导致有效光深达到 15，而仅有约 1500 个离子与光场相互作用。我们表明，这些参数允许实现效率大于 90% 的基本无噪声探测。适度的实验参数允许约 5 kHz 的重复率，该速率受限于荧光收集所需的时间。文中讨论了潜在的应用。