宇宙射线对微波动力学电感探测器阵列影响的抑制

对于空间天文台，宇宙射线粒子与探测器衬底相互作用产生的高能声子所引起的闪烁噪声会导致观测死时间。因此，减轻宇宙射线影响是未来空间任务所用探测器的一项重要要求。为探究可能的解决方案，我们通过对四块大型微波动力学电感探测器（MKID）阵列进行系统测试开展研究，每块阵列由约960像素组成，制备于单片55 mm × 55 mm × 0.35 mm Si衬底上。我们在实验室中比较了不同探测器阵列对宇宙射线相互作用的响应：仅含MKID阵列作为参考的标准阵列；在衬底另一侧覆有低$T_c$超导薄膜作为声子吸收层的阵列；以及MKID位于薄膜上的阵列。其思路是低$T_c$层将声子能量下转换至低于MKID库珀对断裂阈值，而薄膜使MKID敏感部分与衬底中产生的声子隔离。我们发现与参考阵列相比死时间最多可缩减40倍。模拟表明，当所测探测器阵列在L2或类似远地轨道的航天器上工作时，死时间可降至1%以下。此处描述的技术对未来量子计算机的大型超导量子比特阵列同样适用且重要。