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單光子探測原理

單光子探測將單光子激發(fā)的單個光電子信號放大，通過脈沖甄別和數(shù)字計數(shù)等技術識別提取極弱光電子信號，達到光電探測的超靈敏極限。紅外單光子探測器的研制單光子探測作為一項重要的微弱信號檢測技術，在物理學、天文學、化學、生物學、醫(yī)學等學科內眾多領域均有著十分廣泛的應用。率單光子測控由于其巨大科研價值和重要戰(zhàn)略地位已成為近年國際上活躍的前沿領域之一，不僅是現(xiàn)代信息科學、精密測量、量子技術、超靈敏探測等高新技術的迫切需要，其自身迅猛發(fā)展帶來了系列化原理和概念的突破，已形成一個新學科分支：單光子測控物理學，表面等離子激元學、紅外光子學等以及相關高新技術發(fā)展。

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單光子探測技術

近年來,以量子密鑰分配為代表的各種量子信息技術應用獲得了飛速發(fā)展,這些應用對單光子探測器的性能提出了非常苛刻的要求,以光電倍增管和雪崩光電二極管為代表的傳統(tǒng)單光子探測器件已經無法滿足需求。超導紅外單光子探測器其基于超導NbN薄膜材料的紅外單光子探測器,以及其相應的檢測電路和光路系統(tǒng)等,并將該探測系統(tǒng)應用于波長為1550nm的光子探測。在此背景下,出現(xiàn)了以超導單光子探測器為代表的新型低溫單光子探測器件,其性能比現(xiàn)有商用單光子探測器有了本質性的提升。本文綜述了迄今為止各種類型的單光子探測器,并指出各自在量子信息技術應用中的優(yōu)勢和不足之處以及發(fā)展方向。

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單光子探測器相關知識

單光子探測器是靈敏的微弱光測量儀器，在量子信息、激光雷達、光纖傳感、生物熒光探測等領域有廣泛的應用需求。在量子通信系統(tǒng)中，通信波段單光子探測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、中國科學技術大學教shou潘建偉與陸朝陽、霍永恒等人領銜，和多位國內及德國、丹麥學者合作，在國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，為光學量子計算機超越經典計算機奠定了重要的科學基礎。由于薄膜中聲子系統(tǒng)與硅襯底之間較強的熱耦合作用，聲子系統(tǒng)的溫度等于硅襯底的溫度(Tp=Tb)，聲子系統(tǒng)充當了熱探測器中的熱沉。光學量子信息技術所需要的完好單光子源，要同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和率這4個幾乎相互矛盾的嚴苛條件。從2000年以來，美國加州大學等相繼在單光子源研究方向取得進展，但其品質還不能滿足實用化需要。2013年以來，我國潘建偉、陸朝陽等人在國際上首創(chuàng)了量子點脈沖共振激發(fā)技術，開始引單光子源的發(fā)展。但要實現(xiàn)完好的單光子源，還有兩個重大技術難題需要逾越：一是量子點會隨機發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。