通过正向偏置光调制器读取超导纳米线单光子探测器

在量子计算、超导电子学、单光子成像和星基通信等广泛领域中，低温（0.1–4 K）与室温环境之间的可扩展高速数据传输至关重要。克服传统基于导线的读取限制的一种有前景的方法是使用光纤通信。光纤的热负载比传统电线低 100–1000 倍，放宽了对热锚定的要求，并且不受电磁干扰，从而可以以更强的抗噪声和串扰鲁棒性路由敏感信号。最重要的是，光纤通过在同一物理光纤中承载多路信号（波分复用，WDM）实现了极高的带宽密度（在 Tbps/mm$^2$ 量级）。在此，我们首次演示了超导纳米线单光子探测器（SNSPD）与 CMOS 光子调制器直接耦合的光学读取，无需接口器件。通过在 3.6 K 温度下使调制器工作于正向偏置区，我们实现了极高的调制效率（1000–10,000 pm/V）和 500 $\Omega$ 的低输入阻抗，且功耗低至 40 $\mu$W。这使我们能够利用 SNSPD 产生的毫伏级低信号获得光学调制。光学通信正成为现代室温高性能系统中首选的 I/O 方案，本工作证明了其适用于可扩展低温读取，这有助于实现超导技术的全部潜力。