Origen geométrico de los recuentos oscuros intrínsecos en detectores de fotón único de nanocables superconductores

Para sondear la información espacial de los recuentos oscuros, introdujimos el método de lectura diferencial, que utiliza dos canales de lectura idénticos para rastrear las señales de salida producidas por el mismo evento de recuento oscuro. Se aplicaron dos tees de polarización (minicircuitos, ZX86-12G-S +) para separar la corriente de polarización y las señales de salida. Luego se amplificaron las señales de los dos terminales diferentes del nanocable, que tenían polaridades opuestas. En nuestros experimentos, se utilizaron dos conjuntos de amplificadores para diferentes SNSPD. Para dispositivos con un área activa grande (65 × 130 μm² En este artículo), se utilizaron amplificadores comerciales de bajo ruido a temperatura ambiente (RT-LNA:RFbay, LNA650) con una ganancia nominal de 50 dB. Para dispositivos con un área activa más pequeña (≤35 × 35 μm² En este artículo), se adoptaron preamplificadores criogénicos caseros de bajo ruido (cryoLNA) montados en la etapa 40 K y RT-LNA caseros de segunda etapa, como se ilustra en la Figura (a), para reducir aún más la contribución de la energía eléctrica. ruido. Los crioLNA tenían una ganancia nominal de 32 dB y un consumo de energía de aproximadamente 20 mW, con un ancho de banda de 3 dB de 1 GHz y una temperatura de ruido inferior a 15 K. Los RT-LNA caseros de segunda etapa tenían una ganancia nominal de 20 dB con un ancho de banda de 3 dB de 600 MHz. Las señales amplificadas, como se ilustra en la Figura (b), finalmente fueron registradas por un osciloscopio (Keysight, MOSV204A) simultáneamente. La frecuencia de muestreo del osciloscopio se estableció en 80 Gigamuestras por segundo con un nivel de discriminación de aproximadamente el 15% de la amplitud máxima para aumentar la resolución temporal y reducir la influencia de los reflejos del nanocables meandro. Crédito:Xingyu Zhang, Xiaofu Zhang, Jia Huang, Can Yang, Lixing You, Hao Li y otros.

En un reciente avance de la computación cuántica y las tecnologías ópticas, los investigadores han descubierto un aspecto importante de la detección de fotones. Los detectores de fotón único de nanocables superconductores (SNSPD), fundamentales en la comunicación cuántica y los sistemas ópticos avanzados, se han visto obstaculizados durante mucho tiempo por un fenómeno conocido como recuento oscuro intrínseco (iDC). Estas señales espurias, que se producen sin ningún disparador de fotones real, afectan significativamente la precisión y confiabilidad de estos detectores.

Comprender y mitigar los iDC es crucial para mejorar el rendimiento de los SNSPD, que son parte integral de una amplia gama de aplicaciones, desde comunicaciones seguras hasta observaciones astronómicas sensibles.

Un equipo dirigido por el Prof. Lixing You y el Prof. Hao Li del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai (SIMIT) de la Academia China de Ciencias (CAS) empleó un novedoso método de lectura diferencial para investigar la distribución espacial de los iDC en SNSPD con y sin Constricciones geométricas artificiales. Este enfoque permitió una caracterización precisa de los orígenes espaciales de los iDC, revelando la influencia significativa de diminutas constricciones geométricas dentro de los detectores.

El estudio reveló que los iDC en los SNSPD son causados predominantemente por algunas restricciones geométricas específicas, independientemente del tamaño general del dispositivo. Los hallazgos sugieren que al abordar y modificar estas restricciones, podría ser posible reducir sustancialmente la aparición de iDC. El estudio se publica en la revista Superconductividad .

Este avance tiene profundas implicaciones para el futuro de la tecnología cuántica y los sistemas ópticos. Al mitigar el problema de los recuentos oscuros, se puede mejorar significativamente la precisión y confiabilidad de la detección de fotones, allanando el camino para avances en la comunicación cuántica segura y una mayor sensibilidad en las observaciones astronómicas.

Más información: Xingyu Zhang et al, Origen geométrico de los recuentos oscuros intrínsecos en detectores de fotón único de nanocables superconductores, Superconductividad (2022). DOI:10.1016/j.supcon.2022.100006

Proporcionado por el Centro de Revistas de la Universidad Jiao Tong de Shanghai

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