具有10光子分辨能力的超導微米條帶光子探測器
近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所的尤立星、李浩團隊在增強超導條帶光子探測器（SSPD）的光子數分辨能力方面取得了重要進展，首次在微米線SSPD上實現10光子數分辨和實時光子數讀出演示。相關成果以《具備10光子數分辨能力的大電感超導微米條帶光子探測器（Large-inductance superconducting microstrip photon detector enabling 10 photon-number resolution）》為題在線發表于Advanced Photonics（IF: 17.3）；并被國際光學工程學會（SPIE）在官網上做題為“Unlocking quantum precision: Expanded superconducting strips for enhanced photon-counting accuracy”的新聞專題報道。
光子數分辨探測（PNR）是量子光學的關鍵使能技術。傳統納米條帶SSPD可以高效率、高速度地探測單光子，但是僅具有微弱的光子數分辨能力，即使采用改進的低溫讀出電路也只能分辨3~4個光子。上海微系統所SSPD團隊深入研究了影響SSPD光子數分辨能力的因素，通過增加條帶的寬度和電感可以調控光子響應脈沖的上升沿斜率，獲得了增強的光子數分辨能力。通過將超導條帶加寬至微米級，在沒有使用低溫放大器情況下仍能獲得10個光子數分辨能力。此外，研究團隊還提出了一種雙通道時間相關讀出裝置，以實現實時光子數讀出，并將數據采集量降低了3個數量級。該結果凸顯了超導條帶光子探測器在實現高保真度和大動態范圍光子數分辨方面的潛力，有望進一步推動基于SSPD的量子信息技術發展。
論文第一作者為上海微系統所博士后孔令東和博士研究生張天柱，通訊作者為孔令東博士和尤立星研究員。該研究得到了國家自然科學基金（62301541、61971408、61827823和12033007），以及上海市揚帆計劃（23YF1456200）的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.6.1.016004
圖1. 具有光子數分辨能力的超導微米條帶光子探測器示意圖
圖2：超導微米條帶光子探測器的結構和響應信號上升沿
圖3：超導微米條帶光子探測器的光子數分辨結果
