片上光子探测器显著推进量子技术

一组研究人员开发了一种片上光子计数设备，可以显著推进量子技术的众多应用。

Llewellyn West Jones，Jr.电气工程，应用物理和物理学教授Hong Tang的实验室首次开发了片上光子数解析（PNR）探测器，一次可以解析多达100个光子。该探测器显示了其在分辨光脉冲的光子统计数据方面的能力。研究结果发表在Nature Photonics上。

光子数解析（PNR）探测器被认为是测量光的最需要的技术。凭借非常高的灵敏度，即使在极弱的光脉冲中，它们也可以分辨光子的数量。它们对于广泛的量子应用至关重要，包括量子计算、量子密码学和遥感。然而，目前的光子计数设备在一次可以检测到多少光子方面受到限制 - 通常一次只能检测到一个，并且不超过10个。

“问题是，如果你有多个探测器，探测器就会饱和，所以你无法判断你有多少光子，”共同主要作者Yiyu Zhou说，他是唐实验室的博士后助理。

不过，Tang Group的设备不仅将PNR能力提高了100，而且计数率提高了三个数量级。它还在易于接近的温度下运行。

正因为如此，该设备允许更广泛的应用，唐说，“特别是在许多快速出现的量子应用中，如大规模玻色子采样，光子量子计算和量子计量学。

该设备的复杂性需要多年的设计和制造，然后还要验证其性能。

为了在他们的工作基础上，研究人员计划使设备更小，并增加它可以检测到的光子数量。这可能包括使用不同的介电材料将其光子数分辨率提高到1000以上。

此外，他们希望将探测器与片上量子光源集成在一起。传统的探测器被设计为与光纤接口，这可能导致信号丢失。

唐实验室前博士后助理、现任Meta研究科学家程日生说：“如果我们能把所有东西整合在一起，我们的损耗就会更低，测量保真度也会更高。”

相关链接：https://phys.org/news/2023-01-photon-detector-advance-quantum-technology.html