系统探测效率达98%且光子数分辨率为32的光子数分辨单光子探测器
量子物理
2025-04-04 v1 光学
摘要
高效区分光子数是各种量子信息和量子计量学应用中一项至关重要且极具挑战性的技术。尽管超导转变边缘传感器提供了良好的光子数分辨（PNR）能力，但它们受到低探测速度、时间抖动以及复杂的制冷和读出要求的阻碍。在本工作中，我们在实现高保真度PNR单光子探测器方面取得了重大进展。位于介电镜上方的超导纳米线独特的双层配置确保了近乎一致的探测效率。分段设计实现了空间复用，建立了脉冲幅度与记录光子之间的映射关系。所制备的探测器表现出令人印象深刻的性能指标，包括在20 cps暗计数率下约98%的单光子系统探测效率（SDE），以及高达32的光子数分辨能力。通过探测器层析成像的进一步表征揭示了双光子、三光子和四光子事件的高保真度，分别约为87%、73%和40%。此外，该探测器在3dB-SDE下以41 MHz的高计数率运行，时间抖动低至40 ps。凭借其近乎一致的效率、高光子数分辨率、低暗计数率和快速探测速度，我们预计这些探测器将引起广泛关注，为弱光探测和光量子信息应用带来巨大益处。
引用
@article{arxiv.2504.02202,
title = {Photon-number-resolving single-photon detector with a system detection efficiency of 98% and photon-number resolution of 32},
author = {Chaomeng Ding and Xingyu Zhang and Jiamin Xiong and You Xiao and Tianzhu Zhang and Jia Huang and Hongxin Xu and Xiaoyu Liu and Lixing You and Zhen Wang and Hao Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.02202},
year = {2025}
}