Детектор, разрешающий число фотонов, на основе сверхпроводящих полосок микронной ширины

Во всем мире огромные ресурсы вкладываются в развитие квантовых технологий. И не смотря на успех квантовых вычислений со сверхпроводящими кубитами интерес к квантовой оптике не ослабевает. Именно квантовые состояния фотонов используются для распределения ключа в квантовой криптографии, квантовая природа фотонов используется в генераторах случайных чисел, не ослабевают усилия и мотивация и к созданию оптического линейного квантового компьютера. Многие из этих технологий могли бы перейти на качественно новый уровень при использовании многофотонных состояний, но переход этот сдерживается отсутствием фотодетекторов, способных различать число фотонов в данном квантовом состоянии (PNR-детекторов). Лучше всего с задачей различения числа фотонов справляются сверхпроводниковые болометры (TES - Transitoin Edge Sensors). Амплитуда и длительность отклика TES- детектора зависит от величины поглощенной энергии (а значит, от числа фотонов), НО! эти детекторы столь медленны (длительность отклика составляет микросекунды, а о пикосекундном временном разрешении даже нет и речи), что не годятся для подавляющего большинства практических применений. У остальных же применяемых в квантовой оптике детекторов, а это лавинные фотодиоды SPAD, фотоумножители PMT и сверхпроводниковые однофотонные детекторы SSPD, величина фотоотклика не зависит от числа поглощенных фотонов. Давно известны и обходные пути решения проблемы - мультиплексирование в пространстве или по времени, но и они упираются во вторую проблему - эффективность детектирования. Поскольку при мультиплексировании эффективности перемножаются, то общая эффективность стремительно падает, становясь непригодной для практического использования.Мы предлагаем разработку PNR детектора с эффективность детектирования близкой к 100%. В качестве стартовой точки для проекта мы берем традиционную технологию SSPD детекторов, для которой было показано, что прииспользовании правильно спроектированного полостного резонатора эффективность детектирования может быть выше 90%. К этой технологии мы добавляем недавно обнаруженный нами эффект однофотонного детектирования в сверхпроводящих полосках микронной ширины. Объединение этих двух подходов позволит создать PNR-детектор большой площади и с высоким быстродействием. Именно в таких детекторах заинтересованы как пользователи, так и компании, производящие однофотонные приемные системы, в том числе и компания “Сконтел”, по сути являющаяся старт-апом от МПГУ. В работу над проектом будет вовлечен сбалансированный коллектив молодых исследователей, включающий в себя кандидатов наук, аспирантов и студентов МПГУ и МИЭМ НИУ ВШЭ. Работа будет иметь и фундаментальный, и прикладной характер.