全球首台超导宽带光子探测器研制成功

日本国立信息通信技术研究所的研究人员发明了一种超导带状光子探测器的新颖结构，即使在宽带状情况下也能实现高效的光子探测，并成功开发出世界上第一个超导宽带状光子探测器(SWSPD)。

该探测器的条带宽度比传统超导纳米带光子探测器(SNSPD)宽200倍以上。该技术可以帮助解决传统SNSPD存在的生产率低和偏振依赖性的问题。新的SWSPD有望应用于量子信息通信、量子计算机等多种先进技术，使这些先进技术早日实现社会化。

该工作发表在《OpticaQuantum》杂志上。

光子探测技术是一项战略性核心技术，可以为包括目前全球范围内正在紧锣密鼓研究开发的量子信息通信、量子计算以及活细胞荧光观察等众多先进技术领域带来创新。深空光通信、激光传感等。

NICT研究小组开发出了条带宽度为100nm以下的SNSPD。他们成功实现了超越其他光子探测器的高性能，并通过将其应用于量子信息通信技术展示了其实用性。然而，SNSPD的制造需要使用先进的纳米加工技术形成纳米带结构，这会导致探测器性能的变化并阻碍生产率的提高。此外，超导纳米带曲​​折结构导致的偏振依赖性的存在也​​限制了作为光子探测器的应用范围。

在这项工作中，NICT发明了一种称为“高临界电流组(HCCB)结构”的新颖结构，即使在超导带状光子探测器中带宽变宽，也能实现高效光子探测，并成功开发了宽度为20微米——比传统纳米带光子探测器宽200多倍——并在世界上首次实现了高性能运行。

NICT开发的纳米带类型需要形成极长的超导纳米带，带宽度为100纳米或更小，呈蜿蜒形状。现在可以仅用单个短直超导带形成宽带类型。

这种SWSPD不需要纳米加工技术，可以通过高生产率的通用光刻技术来制造。另外，由于带宽度比从光纤照射的入射光点宽，因此可以消除在纳米带型检测器中看到的偏振依赖性。

该探测器的性能评估结果显示，在电信波段(λ=1,550nm)的探测效率为78%，与纳米带型探测器的81%相当。此外，定时抖动显示出比纳米带类型更好的数值。

与纳米带型相比，这一成就使得光子探测器的制造具有更高的生产率和优越的性能和特性，纳米带型探测器已被定位为量子信息通信等先进技术领域不可或缺的光子探测技术。该技术有望应用于各种量子信息通信技术，成为JST登月目标6推动的实现网络化量子计算机的重要基础技术。

未来，团队将进一步探索SWSPD中的HCCB结构，不仅可以在电信波段，而且可以在从可见光到中红外的宽波段内高效地探测光子。此外，他们还将尝试进一步扩大光子接收区域的尺寸，以扩大深空光通信技术、激光传感、活细胞观察等应用。

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