論文の概要: Enhanced Single-Photon Detector: A framework for Superconducting-Level Performance without cryogenic cooling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.01328v2
- Date: Sun, 07 Dec 2025 12:32:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 13:50:38.451129
- Title: Enhanced Single-Photon Detector: A framework for Superconducting-Level Performance without cryogenic cooling
- Title（参考訳）: 強化単光子検出器:低温冷却を伴わない超電導レベル性能のためのフレームワーク
- Authors: Hao Shu,
- Abstract要約: 高性能単光子検出器(SPD)は、幅広い量子光学応用に必須である。
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 a wide range of quantum optical applications. However, the reliance of state-of-the-art devices on superconducting materials imposes severe technological demands and necessitates challenging operational conditions, such as cryogenics, thereby hindering scalable implementation. 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 conventional room-temperature SPDs. Relying entirely on non-superconducting components and eliminating cryogenic cooling requirements, the ESPD scheme can upgrade a legacy SPD, with detection efficiency (DE) about $59\%$ and dark count rate (DCR) of $10^{-2}$, to a device with superior performance metrics, achieving DE exceeding $93\%$ and DCR below $10^{-9}$. This performance rivals or even surpasses that of state-of-the-art superconducting SPDs, allowing the minimal tolerable channel transmission rate for quantum key distribution (QKD) protocols to be reduced by several orders of magnitude. Although the architecture requires substantial integration effort, the scheme can provide superconducting-level performance without cryogenic cooling, offering a clear path toward the widespread deployment of high-performance SPDs as well as related quantum technologies in infrastructure-constrained environments.
- Abstract（参考訳）: 高性能単光子検出器(SPD)は、幅広い量子光学応用に必須である。
しかし、超伝導材料への最先端のデバイスへの依存は、厳しい技術的要求を課し、低温のような困難な運転条件を必要とするため、スケーラブルな実装を妨げている。
そこで本研究では,従来の室温SPDの反復的拡張により,高性能SPDを実現するための新しいパラダイムであるESPDフレームワークを提案する。
ESPDスキームは、非超伝導部品に完全に依存し、低温冷却要求をなくすため、検出効率(DE)が約59 %$、暗カウントレート(DCR)が10^{-2}$のレガシーSPDを、優れたパフォーマンス指標を持つデバイスにアップグレードでき、DEが9,3 %$、DCRが10^{-9}$未満となる。
この性能は最先端の超伝導SPDに匹敵し、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。
アーキテクチャは相当な統合作業を必要とするが、このスキームは低温冷却なしで超伝導レベルの性能を提供し、高性能SPDの広範な展開に向けた明確な道筋と、インフラに制約された環境における関連する量子技術を提供する。
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