Уровни важны для реалистичной и масштабируемой платформы.

Если оставить в стороне исторические и экзотические подходы, то ПД
выбора для экспериментов по оптической квантовой информатике
был Si лавинный фотодиод (APD)
, работающий в режиме Гейгера.

Они относительно быстры

(τ

Р

≤ 100 нс), малошумный (типичный C

д

∼ 100 отсчетовв
секунду) детекторы. Ксожалению, ихквантовая
эффективностьограничена, какправило, доη

д

≈ 65%, устанавливает практический предел
на количество фотонов, которые могут быть использованы
одновременно в эксперименте. Вероятность обнаружения, скажем,
десяти фотонов с десятью детекторами уже меньше 2%,
и с увеличением
числа фотонов ситуация экспоненциально ухудшается. Si APDS не обладают
возможностями разрешения фотонных чисел (PNR)

45

а их максимальная
эффективность в диапазоне длин волн весьма ограничена. В частности,
он не охватывает телекоммуникационные полосы около
1310 и 1550 нм. Эквивалентный детектор для 1550 нм,
InGaAs APD, страдает от более низкой квантовой эффективности
и более высоких темновых отсчетов.

Неэффективное обнаружение было существенным ограничивающим фактором
для PQC в течение довольно долгого времени. Ситуация начала меняться к
лучшему с появлением сверхпроводящих нанопроволочных
однофотонных детекторов

46

,

47

(SNSPDs). Они обеспечили
нечто близкое к прямой замене обычных АПД:
они имеют сравнимые (τ

Р

≈ 40 нс) время сброса, но может

достижение эффективности обнаружения до η

д

≈ 0.93 (Ref. [

48

])

(а в последнее время еще и

д

≥ 0.95 (Ref. [

49

])) в телекоммуникационном
диапазоне длин волн. SNSPD работают, пропуская ток
через сверхпроводящую нанопроволоку, близкую к критическому
току,—тогда энергия, поглощенная даже одним
фотоном, может перевести устройство в нормальное удельное сопротивление.
Последующий всплеск напряжения фильтруется, усиливается
и регистрируется как обнаружение. SNSPD немного
сложнее в эксплуатации, чем APD, так как они требуют
криогенных температур 0,8-3K (в зависимости от
сверхпроводящего материала), но значительное повышение
эффективности обнаружения оправдывает эти неудобства. SNSPD
производительность также может быть оптимизирована для любой длины волны путем
выбора подходящего материала и проектирования
подходящего оптического резонатора, который обволакивает нанопроволоку. Они
также могут быть разработаны для эффективного взаимодействия с волоконно-оптическими
входами. Короче говоря, помимо обеспечения огромного повышения
эффективности обнаружения, SNSPDS позволили работать
на телекоммуникационной длине волны, что выгодно отличается от предыдущих
разработок оптических материалов и эффективных фотонных инструментов.
Эта производительность детектора также полезна для
квантовой связи и других приложений с низкими потерями, например
Refs. [

50

–

55

].

До сих пор продолжаются исследования сверхпроводящих детекторов,
направленные на понимание механизмов обнаружения в
различных типах нанопроволочных материалов

56

–

60

, улучшая его пер-

Форманс с точки зрения времени сброса

61

, дрожание времени

62

,

63

, и
разработка новых методов точного обнаружения эффективности

Измерения

64

Хотя собственные темные отсчеты невелики,
SNSPD восприимчивы к улавливанию фонового
теплового излучения из среды комнатной температуры входного волокна
-это можно преодолеть с помощью спектральной фильтрации.

Ключевым оставшимся ограничением этой технологии является
отсутствие возможностей PNR. В то время как схемы, превращающие
SNSPDS в PNR-детекторы, исследуются

65

,
другой тип детектора, основанный на
датчиках переходного края (TESs)

66

может быть также использован в экспериментах, где
подсчет числа фотонов имеет важное значение. Детекторы ТЭС работают
как болометры с однофотонным разрешением:
поглощение вблизи сверхпроводящего перехода монотонно изменяет
сопротивление прибора с
числом фотонов, которое может быть считано через интегрирующую схему.
У ТЕСс отличные навыки PNR

67

: в недавних экспериментах
они смогли эффективно различать до ≈ 20
фотонов в одном и том же пространственно-временном режиме

68

В то же время

время, которое они показали, чтобы достичь η

д

≈ 0.95 в