論文の概要: Kinetic Inductance and Jitter Dependence of the Intrinsic Photon Number Resolution in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.23162v1
• Date: Wed, 30 Oct 2024 16:16:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-31 14:26:30.638897
• Title: Kinetic Inductance and Jitter Dependence of the Intrinsic Photon Number Resolution in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
• Title（参考訳）: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器における固有光子数分解能の運動インダクタンスとジッタ依存性
• Authors: Roland Jaha, Connor A. Graham-Scott, Adrian S. Abazi, Wolfram Pernice, Carsten Schuck, Simone Ferrari,
• Abstract要約: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は、優れた効率、速度、ノイズ低減、タイミング精度を提供する。 光子数による識別は、ナノワイヤの電気的特性と読み出しジッタによって制限されている。 低ジッタおよび運動インダクタンスの増加により、異なる光子数のパルス分離が促進され、PNR能力が向上する。
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• Abstract: The ability to resolve photon numbers is crucial in quantum information science and technology, driving the development of detectors with intrinsic photon-number resolving (PNR) capabilities. Although transition edge sensors represent the state-of-the-art in PNR performance, superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) offer superior efficiency, speed, noise reduction, and timing precision. Directly inferring photon numbers, however, has only recently become feasible due to advances in readout technology. Despite this, photon-number discrimination remains constrained by the nanowire's electrical properties and readout jitter. In this work, we employ waveguide-integrated SNSPDs and time-resolved measurements to explore how the nanowire kinetic inductance and system jitter affect PNR capabilities. By analyzing the latency time of the photon detection, we can resolve changes in the rising edge of the detection pulse. We find that lower jitter as well as increased kinetic inductance enhances the pulse separation for different photon numbers and improves the PNR capability. Enhancing the kinetic inductance from 165 nH to 872 nH improves PNR quality by 12%, 31% and 23% over the first three photon numbers, though at the cost of reducing the detector's count rate from 165 Mcps to 19 Mcps. Our findings highlight the trade-off between PNR resolution and detector speed.
• Abstract（参考訳）: 光子数を解く能力は量子情報科学と技術において不可欠であり、本質的な光子数分解能力を持つ検出器の開発を推進している。 遷移エッジセンサーはPNRの性能の最先端を表現しているが、超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は優れた効率、速度、ノイズ低減、タイミング精度を提供する。 しかし, 直接光子数を推定することは, 読み出し技術の進歩により, 実現可能になったばかりである。 これにもかかわらず、光子数による識別はナノワイヤの電気的特性と読み出しジッタによって制限されている。 本研究では、導波管集積型SNSPDと時間分解測定を用いて、ナノワイヤの運動インダクタンスとシステムジッタがPNR機能にどのように影響するかを探索する。 光子検出の遅延時間を分析することにより、検出パルスの立ち上がり端の変化を解消することができる。 低ジッタと運動インダクタンスの増加により,異なる光子数のパルス分離が促進され,PNR性能が向上することがわかった。 165 nH から 872 nH への運動的インダクタンスの向上は、最初の3つの光子数よりも12%、31%、23%PNRの品質を向上させるが、検出器のカウントレートを 165 Mcps から 19 Mcps に下げるコストがかかる。 以上の結果から,PNR分解能と検出器速度のトレードオフが明らかとなった。

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