作为相干完美吸收体实现的波导集成超导单光子探测器

理想单光子探测器的核心是一种活性材料，它能够理想地吸收光子并将其转换为可分辨的电子信号。较大的活性材料体积有利于高效吸收，但往往以牺牲转换效率、噪声性能、速度和计时精度为代价。本工作展示了如何利用相干完美吸收的概念来缓解波导集成超导纳米线单光子探测器中的这一权衡矛盾。通过在硅基绝缘体（SOI）波导上方的 U 形 NbTiN 纳米线（长 8.5$\mu$m，宽 8$\times$35nm$^2$）周围刻蚀一个非对称纳米梁腔，将其转变为完美吸收体。在 2.05K 温度下，该探测器对 1545nm 光子显示出 $\sim$96$\pm$12% 的片上量子效率，本征暗计数率 $<$0.1Hz。估计的计时抖动半高全宽约为 $\sim$53ps，复位时间 $<$7ns，这两者均受读出电子设备的外部限制。这种架构能够将超紧凑探测器的性能推向理想极限，因此有望在量子光学领域找到 myriad 应用。