荷兰Single Quantum专注于研发生产超导纳米线单光子探测器。超导纳米线单光子探测器的芯片是采用NbTiN超导材料制作而成。探测器安装在闭循环的制冷系统中,工作时温度2.5K,此时的NbTiN为超导体,纳米线两端电压为零。预先设置一个小于但是接近超导临界电流的偏置电流,让一个光子的能量刚好改变纳米线的超导态,产生电阻。当有光子被探测器捕捉,纳米线会立即由超导体变为带有电阻的普通导体,两端输出电压脉冲。后端的脉冲计数器就会立即检测到一个电压信号,实现单光子探测的目的。
Single Quantum产品具有如下特点:
▪ 系统探测效率>90%
▪ 暗噪声<1Hz
▪ 时间抖动<15ps
▪ 最大计数率>80MHz(可定制>1GHz)
▪ 无后脉冲▪ 探测范围从紫外到红外
▪ 持续运行时间大于10000小时
如下是一些典型应用案例:
1)双光子量子干涉
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当两个全同的单光子分别进入50:50分束器的两个输入端,那么他们会从分束器同一输出端输出,这种现象称为洪欧曼德尔效应(量子干涉效应)。在量子光学中,洪欧曼德尔效应用于测试两个单光子的不可区分程度。
在本实验中,来自纳米线量子点的两个先后产生的光子通过光纤干涉仪,非偏振分束器(NPBS)将干涉仪的短路径与长路径光子分开,长路径上的时间延迟与激光器的重复率(20MHz)精确匹配,两个光子在第二个NPBS处发生干涉。长路径的单个光子与随后产生的短路径光子都在保偏光纤中干涉。两个Single Quantum超导探测器测试分束器的输出端口。单光子探测器记录时间轴上的符合事件。
当两个光子所有属性相同并且它们在分束器处具有较好的时间重叠时,符合计数的最小值下降到趋近于零。相反,当两个光子完全可区分时,例如如果偏振旋转90度,则凹陷完全消失。凹陷的精确形状与单光子波包的频谱以及光子的时间重叠和单光子探测器的时间抖动直接相关。
文献参考: Physical Review B 93, 195316 (2016).
2)光子反聚束
用于探测光子反聚束的典型实验方案是Hanbury-Brown和Twiss(HBT)干涉仪,该方案由分束器和两个单光子探测器构成; 单光子探测器的输出是时间相关的用于测试符合计数。