Des chercheurs de l’Institut national des technologies de l’information et des communications ont inventé une nouvelle structure dans un détecteur de photons à bande supraconductrice qui permet une détection de photons très efficace même avec une large bande, et ont réussi à développer le premier détecteur de photons supraconducteur à large bande (SWSPD) au monde.
La largeur de bande du détecteur est plus de 200 fois plus large que celle des détecteurs de photons supraconducteurs NanoStrip (SNSPD) conventionnels. Cette technologie peut aider à résoudre les problèmes de faible productivité et de dépendance à la polarisation qui existent dans les SNSPD conventionnels. Le nouveau SWSPD devrait être appliqué à diverses technologies avancées telles que la communication d’informations quantiques et les ordinateurs quantiques, permettant une mise en œuvre sociale précoce de ces technologies avancées.
Le travail est publié dans la revue Optique Quantique.
La technologie de détection de photons est une technologie de base stratégique pour apporter une innovation dans un large éventail de domaines technologiques avancés, notamment la communication d’informations quantiques et l’informatique quantique, qui font actuellement l’objet d’intenses recherches et développements à l’échelle mondiale, ainsi que l’observation par fluorescence de cellules vivantes. communication optique dans l’espace lointain, détection laser, etc.
L’équipe de recherche NICT a développé un SNSPD avec une largeur de bande de 100 nm ou moins. Ils ont réussi à atteindre des performances élevées, surpassant les autres détecteurs de photons, et ont démontré leur utilité en les appliquant à la technologie de communication de l’information quantique. Cependant, la fabrication des SNSPD nécessite la formation de structures de nanorubans à l’aide d’une technologie avancée de nanofabrication, ce qui entraîne des variations dans les performances du détecteur et entrave l’amélioration de la productivité. De plus, la présence d’une dépendance à la polarisation due à la structure méandrique des nanorubans supraconducteurs a également limité la gamme d’applications en tant que détecteur de photons.
Dans ce travail, NICT a inventé une nouvelle structure appelée « structure de banque de courant critique élevé (HCCB) » qui permet une détection de photons très efficace même si la largeur de la bande est élargie dans le détecteur de photons à bande supraconductrice, et a réussi à développer un SWSPD d’une largeur de 20 micromètres, soit plus de 200 fois plus large que le détecteur de photons à nanoruban conventionnel, et a atteint un fonctionnement haute performance pour la première fois au monde.
Le type de nanoruban développé par NICT nécessitait la formation de nanorubans supraconducteurs extrêmement longs avec une largeur de bande de 100 nm ou moins en forme de méandre. Le type à large bande peut désormais être formé avec une seule bande supraconductrice droite et courte.
Ce SWSPD ne nécessite pas de technologie de nanofabrication et peut être fabriqué par une technologie de photolithographie polyvalente hautement productive. De plus, étant donné que la largeur de la bande est plus large que la tache lumineuse incidente irradiée par la fibre optique, il est possible d’éliminer la dépendance à la polarisation observée dans le détecteur de type nanoruban.
À la suite de l’évaluation des performances de ce détecteur, l’efficacité de détection dans la bande de longueur d’onde des télécommunications (λ = 1 550 nm) a été mesurée à 78 %, ce qui est comparable aux 81 % du type nanoruban. De plus, la gigue temporelle a montré de meilleures valeurs numériques que le type nanoruban.
Cette réalisation permet la fabrication de détecteurs de photons avec une productivité plus élevée et des performances et fonctionnalités supérieures par rapport au type nanoruban qui a été positionné comme une technologie de détection de photons indispensable dans des domaines technologiques avancés tels que la communication d’informations quantiques. Une telle technologie devrait être appliquée à diverses technologies de communication d’informations quantiques et constituer une technologie de base importante pour la réalisation d’ordinateurs quantiques en réseau promus dans l’objectif 6 du JST Moonshot.
À l’avenir, l’équipe explorera davantage la structure HCCB du SWSPD, afin de détecter les photons avec une grande efficacité non seulement dans la bande de longueurs d’onde des télécommunications, mais également dans une large bande de longueurs d’onde allant du visible à l’infrarouge moyen. En outre, ils tenteront également d’agrandir davantage la taille de la zone de réception de photons pour étendre les applications telles que la technologie de communication optique dans l’espace lointain, la détection laser, l’observation de cellules vivantes et bien plus encore.
Plus d’information:
Masahiro Yabuno et al, Détecteur de photons supraconducteur à large bande avec structure de banque de courant critique élevée, Optique Quantique (2023). DOI : 10.1364/OPTICAQ.497675
Fourni par l’Institut national des technologies de l’information et de la communication (NTIC)