論文の概要: Macroscopic photon counting beating the Poisson noise limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.27761v1
- Date: Thu, 30 Apr 2026 11:50:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-01 16:31:54.075756
- Title: Macroscopic photon counting beating the Poisson noise limit
- Title（参考訳）: ポアソン雑音限界を超えるマクロ光子計数
- Authors: Timon Schapeler, Fabian Schlue, Isabell Mischke, Michael Stefszky, Benjamin Brecht, Christine Silberhorn, Tim J. Bartley,
- Abstract要約: パルス当たりのサブ単一光子精度は最大276光子である。
この大きさの光子数分解検出器は、大きな量子状態を特徴づけるためにますます重要になる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Photon counting is a cornerstone of quantum optics. Here, we demonstrate precisely counting from 0 to over 9000 photons, beating the Poisson noise limit by at least $4.1~\mathrm{dB}$ across this range. We achieve sub-single-photon precision up to 276 photons per pulse. To do so, we multiplex eight intrinsically photon-number-resolving superconducting nanowire single-photon detectors across 128 temporal modes. We use a model-informed characterization of each of the 1024 detection bins, for optimal precision. We perform quantum detector tomography to reconstruct the positive operator valued measures (POVMs) of the complete device, which consists of $1.38\cdot10^8$ matrix elements. At the repetition rate of our experiment of $80~\mathrm{kHz}$, we can precisely count photons corresponding to an optical power of approximately $71~\mathrm{pW}$, bridging the gap from single-photon measurements to high-sensitivity optical power meters. A photon-number-resolving detector of this size, and the tools used to analyze it, will become increasingly important to characterize large quantum states, as well as tasks in precision metrology and optical power standards.
- Abstract（参考訳）: 光子計数は量子光学の基礎である。
ここでは、ポアソンノイズ限界を少なくとも4.1~\mathrm{dB}$で上回り、0から9000光子以上まで正確にカウントすることを示した。
パルス当たりのサブ単一光子精度は276光子である。
そのため、128の時間モードで8つの本質的に光子数分解型超伝導ナノワイヤ単光子検出器を多重化する。
最適精度を得るために,各1024個の検出ビンのモデルインフォームド・キャラクタリゼーションを用いる。
我々は, 正の演算子値測定値(POVM)を1.38\cdot10^8$行列要素で再構成するために, 量子検出器トモグラフィーを実施している。
80~\mathrm{kHz}$の実験を繰り返して、約711〜\mathrm{pW}$の光学パワーに対応する光子を正確に数え、単一光子測定から高感度光パワーメーターへのギャップを埋める。
この大きさの光子数分解検出器と、それを分析するために使用されるツールが、大規模量子状態や精密気象学や光パワー標準のタスクを特徴付けるためにますます重要になる。
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