上海微系统所研制出光子数可分辨的超高速光量子探测器

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所李浩与尤立星团队，利用三明治结构超导纳米线、多线并行工作的方式，发展出最大计数率5GHz、光子数分辨率61的超高速、光子数可分辨光量子探测器。相关研究成果以Superconducting single photon detector with speed of 5 GHz and photon number resolution of 61为题在线发表在《光子学研究》（Photonics Research）上，并入选编辑推荐。

近年来，超导纳米线单光子探测器因高效率、低暗计数率和优异的时间分辨率，在量子通信、光学量子计算和量子力学原理验证等方面应用广泛。

该团队研制了高效率、超高速、高光子数分辨率的超导探测器集成系统。为保证探测系统的轻便性和可靠性，该项目搭建了基于GM小型制冷机制冷集成系统。该系统支持64路电通道且最低工作温度为2.3 K。探测器芯片在分布式布拉格反射器上集成64条超导纳米线，兼顾提高光子吸收率和探测速度。经表征，纳米线制备良率为61/64，在1550 nm波长下的系统探测效率达90%，最大计数率为5.2 GHz，探测效率下降3dB时计数率为1.7GHz，光子数分辨率为61。该探测系统的性能指标有望支撑深空激光通信、高速率量子通信以及基础量子光学实验等应用。

研究工作得到科技创新2030-重大专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会项目、上海市“扬帆计划”等的支持。

论文链接

器件结构（a）、超导纳米线（b）、器件封装（c）及制冷系统（d）