Los detectores de fotón único de nanocables superconductores (SNSPD) son significativamente mejores en la eficiencia de detección de fotones (DE) en comparación con sus homólogos semiconductores, y han permitido muchas aplicaciones innovadoras en tecnologías de la información cuántica. Un equipo dirigido por el Prof.Lixing You del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai (SIMIT), La Academia de Ciencias de China (CAS) ha demostrado la fabricación y el funcionamiento de un NbN-SNSPD con una eficiencia de detección del sistema superior al 90 por ciento a 2,1 K a una longitud de onda de 1550 nm. que allana el camino para la aplicación práctica de SNSPD.

Los resultados se publicaron recientemente en Ciencia China Física, Mecánica y Astronomía como una historia de imagen de portada. El Dr. Weijun Zhang es el primer autor y el Dr. Lixing You es el autor correspondiente.

A 1550 nm, que es la longitud de onda más importante para las aplicaciones, el SNSPD de última generación hecho de superconductor WSi ha alcanzado un récord de DE del 93 por ciento, en comparación con el detector de InGaAs con DE ~ 30 por ciento. Desafortunadamente, WSi-SNSPD generalmente opera a temperaturas sub-kelvin, requiriendo caro, equipo de refrigeración poco amigable para el usuario.

Se han realizado grandes esfuerzos en el desarrollo de SNSPD basados ​​en NbN dirigidos a una temperatura de funcionamiento superior a 2K, accesible a crioenfriadores compactos económicos y fáciles de usar. Con una década de investigación, la eficiencia de detección de NbN-SNSPD se incrementó gradualmente hasta ~ 80 por ciento. Sin embargo, otras mejoras han demostrado ser un desafío. Lograr una DE por encima del 90 por ciento requiere la optimización simultánea de muchos factores, incluyendo acoplamiento óptico casi perfecto, absorción casi perfecta, y eficiencia cuántica intrínseca cercana a la unidad. Los intentos anteriores de lograr esto han resultado principalmente de un proceso de prueba y error.

Este artículo informó por primera vez un sistema NbN-SNSPD basado en un enfriador criogénico G-M con una eficiencia de detección del sistema superior al 90 por ciento (a una tasa de recuento de oscuridad de 10 Hz) a 2,1 K a una longitud de onda de 1550 nm. La eficiencia del dispositivo se satura al 92 por ciento cuando la temperatura se reduce a 1,8 K.

El éxito de este dispositivo es el resultado de una cavidad reflectora de Bragg distribuida (DBR) integrada que ofrece una detección cercana a la unidad en la interfaz, ya través de la optimización sistemática de la geometría serpenteante del nanoalambre NbN. Los esfuerzos conjuntos permiten a los investigadores alcanzar simultáneamente los estrictos requisitos de acoplamiento, absorción y eficiencia cuántica intrínseca. Adicionalmente, el dispositivo muestra fluctuaciones de tiempo de hasta 79 ps, casi la mitad que el WSi-SNSPD previamente informado, prometedoras ventajas adicionales en aplicaciones que requieren una alta precisión de sincronización. Los dispositivos se han aplicado a los experimentos de la frontera de la información cuántica en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.

SNSPD con una eficiencia de detección cercana a la unidad operativa en un crioenfriador compacto económico y fácil de usar proporcionará a los investigadores un poderoso, herramienta accesible, y allana el camino para nuevos avances en la tecnología de la información cuántica, como la computación / simulación óptica cuántica y la distribución de claves cuánticas.