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High-performance photon number resolving detectors for 850–950 nm wavelength range

Los, J. W. Niels und Sidorova, Mariia und Lopez-Rodriguez, Bruno und Qualm, Patrick und Chang, Jin und Steinhauer, Stephan und Zwiller, Val und Zadeh, Iman (2024) High-performance photon number resolving detectors for 850–950 nm wavelength range. APL Photonics, 9 (6). American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0204340. ISSN 2378-0967.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://pubs.aip.org/aip/app/article/9/6/066101/3296058

Kurzfassung

Since their first demonstration in 2001 [Gol’tsman et al., Appl. Phys. Lett. 79, 705–707 (2001)], superconducting-nanowire single-photon detectors (SNSPDs) have witnessed two decades of great developments. SNSPDs are the detector of choice in most modern quantum optics experiments and are slowly finding their way into other photon-starved fields of optics. Until now, however, in nearly all experiments, SNSPDs were used as “binary” detectors, meaning that they could only distinguish between 0 and 1 photons, and photon number information was lost. Recent research has demonstrated proof-of-principle photon-number resolution (PNR) SNSPDs counting 2–5 photons. The photon-number-resolving capability is highly demanded in various quantum-optics experiments, including Hong–Ou–Mandel interference, photonic quantum computing, quantum communication, and non-Gaussian quantum state preparation. In particular, PNR detectors at the wavelength range of 850–950 nm are of great interest due to the availability of high-quality semiconductor quantum dots (QDs) [Heindel et al., Adv. Opt. Photonics 15, 613–738 (2023)] and high-performance cesium-based quantum memories [Ma et al., J. Opt. 19, 043001 (2017)]. In this paper, we demonstrate NbTiN-based SNSPDs with >94% system detection efficiency, sub-11 ps timing jitter for one photon, and sub-7 ps for 2 photons. More importantly, our detectors resolve up to 7 photons using conventional cryogenic electric readout circuitry. Through theoretical analysis, we show that the PNR performance of demonstrated detectors can be further improved by enhancing the signal-to-noise ratio and bandwidth of our readout circuitry. Our results are promising for the future of optical quantum computing and quantum communication.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207885/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:High-performance photon number resolving detectors for 850–950 nm wavelength range
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Los, J. W. Nielsniels (at) singlequantum.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sidorova, MariiaMariia.Sidorova (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9082-442XNICHT SPEZIFIZIERT
Lopez-Rodriguez, BrunoB.LopezRodriguez (at) tudelft.nlNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Qualm, PatrickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chang, JinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steinhauer, StephanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zwiller, Valzwiller (at) kth.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zadeh, ImanI.EsmaeilZadeh (at) tudelft.nlNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Juni 2024
Erschienen in:APL Photonics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1063/5.0204340
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:2378-0967
Status:veröffentlicht
Stichwörter:photon number resolution, single-photon detection,
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Detektoren für optische Instrumente
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme
Hinterlegt von: Sidorova, Mariia
Hinterlegt am:30 Okt 2024 10:20
Letzte Änderung:13 Nov 2024 12:31

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