Niedawno zespół Hao Li i Lixing You z Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology (SIIT), Chińskiej Akademii Nauk (CAS), opracował ultraszybki, rozdzielczy detektor kwantowy o maksymalnej częstotliwości zliczeń 5 GHz i rozdzielczości 61 fotonów, wykorzystując nadprzewodzące nanodruty o strukturze kanapkowej i wiele drutów pracujących równolegle. Powiązane wyniki badań zostały opublikowane online w Photonics Research pod tytułem Superconducting single photon detector o prędkości 5 GHz i rozdzielczości 61 fotonów, i zostały wybrane jako Editor's Choice.
W ostatnich latach nadprzewodzące detektory pojedynczych fotonów wykonane z nanodrutów znalazły szerokie zastosowanie w komunikacji kwantowej, optycznych obliczeniach kwantowych i weryfikacji zasad mechaniki kwantowej ze względu na ich wysoką wydajność, niską częstotliwość zliczania ciemnych fragmentów i doskonałą rozdzielczość czasową.
Zespół opracował zintegrowany system nadprzewodzących detektorów o wysokiej wydajności, ultrawysokiej prędkości i wysokiej rozdzielczości liczby fotonów. Aby zapewnić lekkość i niezawodność systemu detektora, projekt zbudował zintegrowany system chłodzenia oparty na mini-chłodnicy GM. System obsługuje 64 kanały elektryczne i działa przy minimalnej temperaturze 2,3 K. Układ detektora integruje 64 nadprzewodzące nanodruty na rozproszonym reflektorze Bragga, co poprawia zarówno szybkość absorpcji fotonów, jak i szybkość wykrywania. Po scharakteryzowaniu wydajność przygotowania nanodrutu wynosi 61/64, wydajność wykrywania systemu osiąga 90% przy 1550 nm, maksymalna szybkość zliczania wynosi 5,2 GHz, a szybkość zliczania wynosi 1,7 GHz, gdy wydajność wykrywania spada o 3 dB, a rozdzielczość liczby fotonów wynosi 61. Oczekuje się, że wydajność tego systemu detektora będzie wspierać zastosowania głębokiej komunikacji laserowej w kosmosie, szybkiej komunikacji kwantowej i podstawowych eksperymentów optyki kwantowej itp. Prace badawcze zostały wsparte przez Science and Technology Innovation 2030 (STI 2030) i zostały nagrodzone przez National Science Foundation of China.
Prace badawcze są wspierane przez Główny Projekt Innowacji Naukowych i Technologicznych 2030 -, Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin, Stowarzyszenie Promocji Innowacji Młodzieży Chińskiej Akademii Nauk i Program Szanghajski Yangfan.
Struktura urządzenia (a), nadprzewodzące nanodruty (b), obudowa urządzenia (c) i układ chłodzenia (d)
