更寬超導帶解鎖量子精度  提升光量子資訊技術

編譯/高晟鈞

使用單光子作為量子位元已經成為量子資訊技術中的主流策略之一,準確的光子數量對於各種量子系統(包括量子計算、通訊和計量)至關重要,因此光子數解析偵測器(Photon-number-resolving detectors, PNRDs)扮演著舉其輕重的角色。

光子數解析偵測器(Photon-number-resolving detectors, PNRDs)。圖/截取自 Innovation

衡量PNRDs的性能主要透過兩個指標:解析保真性(Resolving Fidelity),即準確紀錄入射光子數量的機率;以及動態範圍(Dynamic Range),描述可解析光子的最大數量。

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超導奈米帶線光子偵測器

超導奈米帶線光子偵測器(Superconducting Nano Strip Photon, SNSPD)被認為是單光子偵測的領先技術,具有近乎完美的效率和高速性能,但當談到光子解析度時,基於SNSPD的PNRDs卻難以在保真度與動態範圍間取得平衡。目前的陣列是SNSPD只能將入射光子分配給有限數量的像素,因此面臨了保真度的限制。

優化超導帶線寬度

中國科學院的研究人員日前發現,透過增加帶線寬度(Strip Width)與總電感(Total Inductance)提高電感,具有去雜訊、抑制瞬間電流及防止電磁波干擾等功能,成功克服電子設備中的頻寬限制,並提高了信噪比,進而增強了保真度。

透過將超導帶加寬至微米級,研究人員首次使用SNSPD觀察到數解析度高達10的真實光子,更令人驚訝的是,即便在沒有使用低溫放大器的情況下,他們依舊得到了相同結果。4光子事件的讀數保真度達到了令人印象深刻的98%;6 光子事件的讀數保真度也達到了 90%。

此外,研究人員提出了雙通道定時設置,以實現即時光子數讀出,這種方法將資料擷取要求顯著降低了三個數量級,並簡化了讀出設定。

這項研究代表著PNRD領域的重大進展,隨著SMSPD檢測效率的進一步優化,該技術將能輕鬆應用於各種光量子資訊領域。

資料來源:Innovation

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