Les détecteurs à nanofils supraconducteurs à photon unique (SNSPD) sont nettement meilleurs en termes d'efficacité de détection de photons (DE) par rapport à leurs homologues semi-conducteurs, et ont permis de nombreuses applications révolutionnaires dans les technologies de l'information quantique. Une équipe dirigée par le professeur Lixing You du Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), L'Académie chinoise des sciences (CAS) a démontré la fabrication et le fonctionnement d'un NbN-SNSPD avec une efficacité de détection du système supérieure à 90% à 2,1 K à une longueur d'onde de 1550 nm, qui ouvre la voie à l'application pratique du SNSPD.

Les résultats ont été publiés récemment sur Science Chine Physique, Mécanique &Astronomie comme une histoire d'image de couverture. Le Dr Weijun Zhang est le premier auteur et le Dr Lixing You est l'auteur correspondant.

A 1550 nm, qui est la longueur d'onde la plus importante pour les applications, l'état de l'art SNSPD fait de supraconducteur WSi a atteint un record DE de 93 pour cent, par rapport au détecteur InGaAs avec DE ~ 30 pour cent. Malheureusement, WSi-SNSPD fonctionne généralement à des températures inférieures au kelvin, nécessitant cher, équipement de réfrigération peu convivial.

Des efforts importants ont été faits sur le développement de SNSPD à base de NbN ciblés à une température de fonctionnement supérieure à 2K, accessible aux cryoréfrigérateurs compacts peu coûteux et conviviaux. Avec une décennie de recherche, l'efficacité de détection des NbN-SNSPD a été progressivement augmentée jusqu'à ~ 80 pour cent. Cependant, d'autres améliorations se sont avérées difficiles. Atteindre un DE supérieur à 90 % nécessite l'optimisation simultanée de nombreux facteurs, y compris un couplage optique presque parfait, absorption quasi parfaite, et une efficacité quantique intrinsèque proche de l'unité. Les tentatives précédentes pour y parvenir ont principalement résulté d'un processus d'essais et d'erreurs.

Cet article a d'abord signalé un système NbN-SNSPD basé sur un cryoréfrigérant G-M avec une efficacité de détection du système supérieure à 90 % (à un taux de comptage dans l'obscurité de 10 Hz) à 2,1 K à une longueur d'onde de 1550 nm. L'efficacité de l'appareil atteint 92 % lorsque la température est abaissée à 1,8 K.

Le succès de ce dispositif résulte d'une cavité à réflecteur de Bragg distribué (DBR) intégrée offrant une détection proche de l'unité à l'interface, et par l'optimisation systématique de la géométrie sinueuse du nanofil NbN. Les efforts conjoints permettent aux chercheurs d'atteindre simultanément les exigences strictes de couplage, absorption et efficacité quantique intrinsèque. En outre, l'appareil présente une gigue de synchronisation jusqu'à 79 ps, près de la moitié de celui du WSi-SNSPD précédemment signalé, des avantages supplémentaires prometteurs dans les applications nécessitant une précision de synchronisation élevée. Les dispositifs ont été appliqués aux expériences sur la frontière de l'information quantique à l'Université des sciences et technologies de Chine.

SNSPD avec une efficacité de détection proche de l'unité opérationnelle sur un cryoréfrigérateur compact économique et convivial fournira aux chercheurs un puissant, outil accessible, et ouvre la voie à de nouvelles percées dans les technologies de l'information quantique, tels que le calcul/la simulation quantique optique et la distribution de clés quantiques.