Origem geométrica das contagens intrínsecas de escuridão em detectores supercondutores de fóton único de nanofios
Para sondar a informação espacial das contagens de escuridão, introduzimos o método de leitura diferencial, que utiliza dois canais de leitura idênticos para rastrear os sinais de saída produzidos pelo mesmo evento de contagem de escuridão. Dois tês de polarização (Mini-Circuitos, ZX86-12G-S + ) foram aplicados para separar a corrente de polarização e os sinais de saída. Os sinais dos dois terminais diferentes do nanofio, que tinham polaridades opostas, foram então amplificados. Em nossos experimentos, dois conjuntos de amplificadores foram utilizados para diferentes SNSPDs. Para dispositivos com grande área ativa (65 × 130 μm
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neste artigo), foram utilizados amplificadores comerciais de baixo ruído e temperatura ambiente (RT-LNAs:RFbay, LNA650) com ganho nominal de 50 dB. Para dispositivos com área ativa menor (≤35 × 35 μm
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neste artigo), foram adotados pré-amplificadores criogênicos caseiros de baixo ruído (cryoLNAs) montados nos RT-LNAs caseiros de estágio 40 K e segundo estágio, conforme ilustrado na Figura (a), para reduzir ainda mais a contribuição do elétrico barulho. Os crioLNAs tiveram ganho nominal de 32 dB e consumo de energia de aproximadamente 20 mW, com largura de banda de 3 dB de 1 GHz e temperatura de ruído inferior a 15 K. Os RT-LNAs caseiros de segundo estágio tiveram ganho nominal de 20 dB com largura de banda de 3 dB de 600 MHz. Os sinais amplificados, conforme ilustrado na Figura (b), foram finalmente registrados por um osciloscópio (Keysight, MOSV204A) simultaneamente. A taxa de amostragem do osciloscópio foi ajustada para 80 Giga-amostras por segundo com um nível de discriminação de aproximadamente 15% da amplitude máxima para aumentar a resolução de tempo e reduzir a influência das reflexões do nanofio meandro. Crédito:Xingyu Zhang, Xiaofu Zhang, Jia Huang, Can Yang, Lixing You, Hao Li, et al. Em um recente avanço na computação quântica e nas tecnologias ópticas, os pesquisadores descobriram um aspecto importante da detecção de fótons. Os detectores supercondutores de fóton único de nanofios (SNSPDs), essenciais na comunicação quântica e em sistemas ópticos avançados, há muito são prejudicados por um fenômeno conhecido como contagens intrínsecas de escuridão (iDCs). Esses sinais espúrios, que ocorrem sem qualquer disparo de fótons reais, impactam significativamente a precisão e a confiabilidade desses detectores.
Compreender e mitigar os iDCs é crucial para melhorar o desempenho dos SNSPDs, que são essenciais para uma ampla gama de aplicações, desde comunicações seguras até observações astronómicas sensíveis.
Uma equipe liderada pelo Prof. Lixing You e pelo Prof. Hao Li do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai (SIMIT), Academia Chinesa de Ciências (CAS) empregou um novo método de leitura diferencial para investigar a distribuição espacial de iDCs em SNSPDs com e sem constrições geométricas artificiais. Esta abordagem permitiu uma caracterização precisa das origens espaciais dos iDCs, revelando a influência significativa de minúsculas constrições geométricas dentro dos detectores.
O estudo revelou que os iDCs nos SNSPDs são predominantemente causados por algumas constrições geométricas específicas, independentemente do tamanho geral do dispositivo. Os resultados sugerem que, ao visar e modificar estas restrições, poderá ser possível reduzir substancialmente a ocorrência de iDCs. O estudo foi publicado na revista
Superconductivity .
Esta descoberta tem implicações profundas para o futuro da tecnologia quântica e dos sistemas ópticos. Ao mitigar o problema das contagens escuras, a precisão e a confiabilidade da detecção de fótons podem ser significativamente melhoradas, abrindo caminho para avanços na comunicação quântica segura e maior sensibilidade nas observações astronômicas.
Mais informações: Xingyu Zhang et al, Origem geométrica das contagens intrínsecas de escuridão em detectores supercondutores de fóton único de nanofios,
Supercondutividade (2022). DOI:10.1016/j.supcon.2022.100006
Fornecido por Shanghai Jiao Tong University Journal Center
