嵌入纳米光子电路的高速高效行波单光子探测器

超快、高量子效率的单光子探测器是现代量子光学和量子通信中最受追捧的元件之一。高光子探测效率对于可扩展的基于测量的量子计算、量子密钥分发和无漏洞贝尔实验至关重要。然而，不完美的模式匹配和有限的光子吸收率通常限制了单光子探测器的最大可达到的探测效率。在这里，我们展示了一种位于纳米光子波导之上的超导纳米线探测器，它使我们能够大幅增加入射光子的吸收长度。当探测器在接近临界电流下运行时，我们在电信波长下实现了高达91%的高片上单光子探测效率，其不确定性由波导光子通量的变化决定。我们还观察到极低的暗计数率，且未显著牺牲探测效率。此外，我们的探测器完全嵌入在可扩展的硅光子电路中，并提供18皮秒的超短时间抖动。利用这种高时间分辨率，我们展示了硅环形谐振器中的弹道光子传输。这种具有高量子效率、高探测速度和低抖动时间的片上探测器的直接实现，克服了集成量子光子学中的一个主要障碍。