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现在计数光子已足够满足常规需求标准

发布:laserpulse    |    2019-12-26 21:21    阅读:290
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自90年代美国国家标准技术研究院(NIST)建造了第一批用于计算光子(最小光单位)的超导设备以来,这些一度罕见的探测器已成为全世界流行的研究工具。 现在,NIST已朝着为这些设备启用通用标准迈出了一步,这些标准在科学和工业中变得越来越重要。单光子探测器(SPD)现在是从光通信和天体物理学到基于量子物理学的尖端信息技术(例如量子密码术和量子隐形传态)研究领域的关键。 为了确保其准确性和可靠性,需要对SPD进行评估并将其与某些基准(理想情况下是正式标准)进行比较。 NIST的研究人员正在开发做到这一点的方法,并且已经开始为少数制造SPD的公司执行自定义校准。NIST团队刚刚发布了测量五种SPD效率的方法,其中包括一种在NIST生产的SPD,以此作为提供正式校准服务的序幕。

作为帮助建立光子计数探测器标准研究项目的一部分,NIST物理学家Thomas Gerrits调整了射向探测器的激光束。弯弯曲曲的头顶灯有助于研究人员在不干扰对蓝光不敏感探测器的情况下查看实验室装置。

NIST物理学家托马斯·格里特斯(Thomas Gerrits)表示:“这是实施量子标准的第一步-我们开发了一种工具来验证未来的单光子检测标准。” “目前尚无标准,但是包括NIST在内的许多国家计量机构正在对此进行研究。”Gerrits说:“以前已经有关于该主题的期刊论文,但是我们进行了深入的不确定性分析,并详细描述了我们如何进行测试。” “目的是为我们计划的校准服务提供参考。”NIST具有开发这些评估方法的独特资格,因为该研究所制造了世界上最高效的SPD,并且正在不断提高其性能。 NIST专门从事两种超导设计-一种在新研究中进行评估的基于纳米线或纳米带的产品,以及将在不久的将来进行研究的过渡边缘传感器。未来的工作可能还会解决检测器的标准,该检测器可测量非常低的光照水平,但无法计算光子数。

在称为SI的现代度量系统中,与光子检测最密切相关的基本度量单位是candela,它与人眼检测到的光有关。未来的SI重新定义可能包括光子计数标准,该标准可以提供更精确的烛光测量方式。单光子的光强度不到当前标准的十亿分之一。新论文详细介绍了NIST使用常规技术测量SPD检测效率的方法,该效率定义为检测到光子撞击检测器并产生可测量结果的概率。NIST团队确保测量结果可追溯到光功率计(NIST的激光优化低温辐射计)的主要标准。当测量缩小到低照度水平时,电表保持精度,总体测量不确定性主要归因于功率计校准。

研究人员测量了五个探测器的效率,其中包括三个硅光子计数光电二极管和NIST的纳米线探测器。光子通过光纤发送以进行某些测量,而在其他情况下则通过空气发送。对光纤和通信中常用的两种不同波长的光进行了测量。不确定性的范围从在1533。6纳米(nm)波长下的光纤测量的0。70%到851。7 nm的空中读数的1。78%。

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