論文の概要: Enhanced Single-Photon Detector: Achieving Superconducting-Level Performance with Conventional Quantum Technology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.01328v1
- Date: Mon, 01 Dec 2025 06:36:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.717044
- Title: Enhanced Single-Photon Detector: Achieving Superconducting-Level Performance with Conventional Quantum Technology
- Title（参考訳）: 改良型単光子検出器:従来の量子技術による超電導レベル性能の実現
- Authors: Hao Shu,
- Abstract要約: 高性能単光子検出器(SPD)は量子光学タスクには不可欠である。
高性能SPDを実現するための新しいパラダイムであるESPD(Enhanced Single-Photon Detector)フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6498361958317636
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: High-performance single-photon detectors (SPDs) are indispensable components for quantum optical tasks. However, the reliance of state-of-the-art devices on superconducting materials imposes severe technological demands and challenging operational conditions (e.g., cryogenics), which hinder scalable commercial deployment. To address this, we propose the Enhanced Single-Photon Detector (ESPD) framework, a novel paradigm for achieving high-performance SPDs through the iterative enhancement of low-technology SPDs. Utilizing only standard quantum optical components, the ESPD scheme transforms a legacy non-superconducting SPD, with detection efficiency (DE) about $59\%$ and dark count rate (DCR) $10^{-2}$, into a device with superior performance metrics, achieving DE higher than $95\%$ and DCR below $10^{-9}$. This level of performance is comparable to or surpasses recently designed superconducting SPDs, allowing the minimal tolerable channel transmission rate for Quantum Key Distribution (QKD) protocols to be reduced by several orders of magnitude. Furthermore, the scheme's device requirements are moderate, relying on readily available current technology, which ensures near-term experimental feasibility. The ESPD framework thus provides a clear, scalable path toward the large-scale deployment of high-performance SPDs and the commercialization of quantum communication technologies.
- Abstract（参考訳）: 高性能単光子検出器(SPD)は量子光学タスクには不可欠である。
しかし, 超伝導材料への最先端機器の依存は, 厳しい技術的要求と運用環境(低温環境など)の難しさを招き, スケーラブルな商業展開を妨げている。
そこで本研究では,低技術 SPD の反復的拡張による高性能 SPD を実現するための新しいパラダイムである Enhanced Single-Photon Detector (ESPD) フレームワークを提案する。
標準量子光学部品のみを利用することで、ESPDスキームは、検出効率(DE)が約59 %$とダークカウントレート(DCR)10−-2}$のレガシー非超伝導SPDを優れた性能測定値を持つデバイスに変換し、DEを9,5 %$、DCRを10^{-9}$以下にする。
このレベルの性能は、最近設計された超伝導SPDと同等かそれ以上であり、量子鍵分布(QKD)プロトコルの最小許容チャネル伝送速度を数桁削減することができる。
さらに、このスキームのデバイス要件は適度であり、利用可能な現在の技術に依存しており、短期的な実験的実現性を保証する。
ESPDフレームワークは、高性能SPDの大規模展開と量子通信技術の商用化に向けて、明確でスケーラブルな経路を提供する。
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