Ein Forscherteam hat ein On-Chip-Photonenzählgerät entwickelt, das zahlreiche Anwendungen der Quantentechnologie erheblich voranbringen könnte.
Das Labor von Hong Tang, dem Llewellyn West Jones, Jr. Professor für Elektrotechnik, Angewandte Physik und Physik, hat die erste Realisierung eines photonenzahlauflösenden (PNR) Detektors auf dem Chip entwickelt, der bis zu 100 Photonen auflösen kann eine Zeit. Dieser Detektor zeigt seine Stärke bei der Auflösung der Photonenstatistik eines Lichtpulses. Die Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturphotonik.
Photonenzahlauflösende (PNR) Detektoren gelten als die begehrteste Technologie zur Messung von Licht. Mit sehr hoher Empfindlichkeit können sie die Anzahl der Photonen auch in einem extrem schwachen Lichtpuls auflösen. Sie sind für eine Vielzahl von Quantenanwendungen, einschließlich Quantencomputing, Quantenkryptographie und Fernerkundung, unerlässlich. Aktuelle Photonenzählgeräte sind jedoch in der Anzahl der Photonen, die sie gleichzeitig erkennen können, begrenzt – normalerweise nur eines auf einmal und nicht mehr als 10.
„Das Problem ist, dass der Detektor gesättigt ist, wenn Sie mehr als eines haben, sodass Sie nicht sagen können, wie viele Photonen Sie haben“, sagte Co-Hauptautor Yiyu Zhou, ein Postdoktorand in Tangs Labor.
Das Gerät der Tang-Gruppe verbessert jedoch nicht nur die PNR-Fähigkeit um bis zu 100, sondern verbessert auch die Zählrate um drei Größenordnungen. Es arbeitet auch bei einer leicht zugänglichen Temperatur.
Aus diesem Grund ermöglicht das Gerät ein breiteres Anwendungsspektrum, sagte Tang, „insbesondere in vielen schnell aufkommenden Quantenanwendungen, wie z.
Die Komplexität des Geräts erforderte Jahre der Konstruktion und Herstellung und dann auch die Überprüfung seiner Leistung.
Um auf ihrer Arbeit aufzubauen, planen die Forscher, das Gerät kleiner zu machen und die Anzahl der Photonen zu erhöhen, die es erkennen kann. Dazu könnte die Verwendung eines anderen dielektrischen Materials gehören, um die Auflösung der Photonenzahl auf mehr als 1.000 zu erhöhen.
Außerdem wollen sie den Detektor mit On-Chip-Quantenlichtquellen integrieren. Herkömmliche Detektoren sind für den Anschluss an eine optische Faser ausgelegt, was zu Signalverlust führen kann.
„Wenn wir alles zusammen integrieren können, hätten wir einen geringeren Verlust und eine höhere Genauigkeit der Messung“, sagte Risheng Cheng, ein ehemaliger Postdoktorand in Tangs Labor und derzeit Forschungswissenschaftler bei Meta.
Mehr Informationen:
Risheng Cheng et al, Ein 100-Pixel-Photonenzahl-auflösender Detektor, der Photonenstatistiken enthüllt, Naturphotonik (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01119-3