光子探測技術突破　超導奈米線單光子測量器

編譯／高晟鈞

在量子隨機數生成、量子密鑰傳輸及高速量子斷層掃描等許多量子科技的應用場合，高靈敏度的光子檢測器是一項非常重要的元件。然而傳統光學儀器在零差檢測（Homodyne detection）上卻遭遇許多瓶頸，主要原因之一是，在訊號強度低於散粒雜訊的情況下，訊號放大器實際效果是相當有限的。對此，帕德柏恩大學的研究團隊首次使用了可以探測單一光粒子的設備，成功進行了零差探測。

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零差探測

零差探測是一種常用於量子光學中的方法，用於研究光學量子態的波動性質。使用零測探測常用於研究所謂的光學量子態的連續變數，其中涉及了光波的可變性，包含波的振幅或相位，對於光的定向操作十分重要。

光子探測的突破

研究團隊首次使用目前最快的光子計數設備，即超導奈米線光子偵測器進行測量，透過特殊的實驗設計，研究團隊證明了超導單光子偵測器的零差偵測器，對於光子通量成線性關係，即輸入與測量得到的訊號成正比。

超導單光子偵測器的整合為連續變數領域帶來了巨大優勢，尤其是內在的相位穩定性。更令人驚喜的是，這些系統的片上檢測效率幾乎達到了100%，這意味著檢測過程中不會遺失任何粒子。

「我們的結果使得開發具有高靈敏度單光子探測器的高效零差探測器成為可能。」作者Timon Schapeler說道。使用連續的光變量為量子資訊處理創造了新的、令人興奮的可能性，甚至超越了量子位元（量子電腦的常用計算單元）。

資料來源:ScitechDaily

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