論文の概要: Photon-number-resolving single-photon detector with a system detection efficiency of 98% and photon-number resolution of 32

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.02202v1
• Date: Thu, 03 Apr 2025 01:15:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-04 12:55:07.406606
• Title: Photon-number-resolving single-photon detector with a system detection efficiency of 98% and photon-number resolution of 32
• Title（参考訳）: システム検出効率98%、光子数分解能32
• Authors: Chaomeng Ding, Xingyu Zhang, Jiamin Xiong, You Xiao, Tianzhu Zhang, Jia Huang, Hongxin Xu, Xiaoyu Liu, Lixing You, Zhen Wang, Hao Li,
• Abstract要約: 単一光子系検出効率(SDE)は98%、暗カウントレートは20cpsである。 検出器は3dB-SDEで41MHzの高速で動作し、低タイミングジッタは40psである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.64849638882728
• License:
• Abstract: Efficiently distinguishing photon numbers is a crucial yet challenging technology for various quantum information and quantum metrology applications. While superconducting transition edge sensors offer good photon-number-resolving (PNR) capabilities, they are hampered by low detection speed, timing jitter, and complex cooling and readout requirements. In this work, we present a significant advancement toward achieving high-fidelity PNR single-photon detectors. The unique twin-layer configuration of superconducting nanowire atop a dielectric mirror ensures the near-unity detection efficiency. The segmented design enables spatial multiplexing, establishing a mapping relationship between pulse amplitude and registered photons. The fabricated detector exhibits impressive performance metrics, including a single-photon system detection efficiency (SDE) of ~ 98% at a dark count rate of 20 cps and photon-number resolution capability up to 32. Further characterization through detector tomography reveals high fidelities for two-, three-, and four-photon events, approximately 87%,73%, and 40% respectively. Moreover, the detector operates at a high count rate of 41 MHz at 3dB-SDE, with a low timing jitter of as low as 40 ps. With its near-unity efficiency, high photon-number resolution, low dark count rate and fast detection speed, we expect significant interest in these detectors, promising substantial benefits for weak light detection and optical quantum information applications.
• Abstract（参考訳）: 光子数を効果的に区別することは、様々な量子情報や量子メトロジーの応用にとって非常に難しい技術である。 超伝導遷移エッジセンサは、光子数分解(PNR)能力に優れるが、検出速度の低下、タイミングジッタ、複雑な冷却と読み出しの要求によって妨げられる。 本研究では,高忠実PNR単光子検出器の実現に向けた大きな進歩を示す。 誘電体ミラー上の超伝導ナノワイヤのユニークな双層構成により、ほぼ均一検出効率が保証される。 セグメント化された設計は空間多重化を可能にし、パルス振幅と登録光子のマッピング関係を確立する。 製造された検出器は、1光子系検出効率(SDE)が約98%、暗カウントレートが20 cps、光子数分解能が32。 検出器トモグラフィーによるさらなる特徴付けにより、それぞれ約87%、73%、40%の2-、3-、および4-光子事象に対する高い忠実度が示される。 さらに、検出器は3dB-SDEで41MHzの高速で動作し、低タイミングジッタは40psである。 近ユニティ効率、高光子数分解能、低暗カウント速度、高速検出速度により、これらの検出器への大きな関心が期待でき、弱い光検出と光量子情報応用に有意義な利益を期待できる。

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