單光子探測(cè)原理

單光子探測(cè)將單光子激發(fā)的單個(gè)光電子信號(hào)放大，通過(guò)脈沖甄別和數(shù)字計(jì)數(shù)等技術(shù)識(shí)別提取極弱光電子信號(hào)，達(dá)到光電探測(cè)的超靈敏極限。紅外單光子探測(cè)器的研制單光子探測(cè)作為一項(xiàng)重要的微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，在物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科內(nèi)眾多領(lǐng)域均有著十分廣泛的應(yīng)用。率單光子測(cè)控由于其巨大科研價(jià)值和重要戰(zhàn)略地位已成為近年國(guó)際上活躍的前沿領(lǐng)域之一，不僅是現(xiàn)代信息科學(xué)、精密測(cè)量、量子技術(shù)、超靈敏探測(cè)等高新技術(shù)的迫切需要，其自身迅猛發(fā)展帶來(lái)了系列化原理和概念的突破，已形成一個(gè)新學(xué)科分支：?jiǎn)喂庾訙y(cè)控物理學(xué)，表面等離子激元學(xué)、紅外光子學(xué)等以及相關(guān)高新技術(shù)發(fā)展。

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單光子探測(cè)技術(shù)

近年來(lái),以量子密鑰分配為代表的各種量子信息技術(shù)應(yīng)用獲得了飛速發(fā)展,這些應(yīng)用對(duì)單光子探測(cè)器的性能提出了非?？量痰囊?以光電倍增管和雪崩光電二極管為代表的傳統(tǒng)單光子探測(cè)器件已經(jīng)無(wú)法滿足需求。超導(dǎo)紅外單光子探測(cè)器其基于超導(dǎo)NbN薄膜材料的紅外單光子探測(cè)器,以及其相應(yīng)的檢測(cè)電路和光路系統(tǒng)等,并將該探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于波長(zhǎng)為1550nm的光子探測(cè)。在此背景下,出現(xiàn)了以超導(dǎo)單光子探測(cè)器為代表的新型低溫單光子探測(cè)器件,其性能比現(xiàn)有商用單光子探測(cè)器有了本質(zhì)性的提升。本文綜述了迄今為止各種類(lèi)型的單光子探測(cè)器,并指出各自在量子信息技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和不足之處以及發(fā)展方向。

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單光子探測(cè)器相關(guān)知識(shí)

單光子探測(cè)器是靈敏的微弱光測(cè)量?jī)x器，在量子信息、激光雷達(dá)、光纖傳感、生物熒光探測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求。在量子通信系統(tǒng)中，通信波段單光子探測(cè)器是其中的核心器件，其性能直接決定了通信距離、通信速率等關(guān)鍵參數(shù)。

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單光子廠家——單光子源介紹

2019年08月，中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教shou潘建偉與陸朝陽(yáng)、霍永恒等人領(lǐng)銜，和多位國(guó)內(nèi)及德國(guó)、丹麥學(xué)者合作，在國(guó)際上頭次提出一種新型理論方案，在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實(shí)現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和率的單光子源，為光學(xué)量子計(jì)算機(jī)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。由于薄膜中聲子系統(tǒng)與硅襯底之間較強(qiáng)的熱耦合作用，聲子系統(tǒng)的溫度等于硅襯底的溫度(Tp=Tb)，聲子系統(tǒng)充當(dāng)了熱探測(cè)器中的熱沉。光學(xué)量子信息技術(shù)所需要的完好單光子源，要同時(shí)滿足確定性偏振、高純度、高全同性和率這4個(gè)幾乎相互矛盾的嚴(yán)苛條件。從2000年以來(lái)，美國(guó)加州大學(xué)等相繼在單光子源研究方向取得進(jìn)展，但其品質(zhì)還不能滿足實(shí)用化需要。2013年以來(lái)，我國(guó)潘建偉、陸朝陽(yáng)等人在國(guó)際上首創(chuàng)了量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā)技術(shù)，開(kāi)始引單光子源的發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)完好的單光子源，還有兩個(gè)重大技術(shù)難題需要逾越：一是量子點(diǎn)會(huì)隨機(jī)發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。