自從美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)在20世紀(jì)90年代，建造了第一個(gè)用于計(jì)算光子的超導(dǎo)裝置以來，這些曾經(jīng)罕見的探測(cè)器，如今已經(jīng)成為世界各地流行的研究工具。現(xiàn)在，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所已經(jīng)朝著實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的通用標(biāo)準(zhǔn)邁出了一步，這些設(shè)備在科學(xué)和工業(yè)中變得越來越重要，單光子探測(cè)器(SPD)現(xiàn)在是研究領(lǐng)域的關(guān)鍵，從光通信和天體物理到基于量子物理的尖端信息技術(shù)，如量子密碼學(xué)和量子隱形傳態(tài)。

為了確保其準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)單光子探測(cè)器進(jìn)行評(píng)估，并將其與一些基準(zhǔn)進(jìn)行比較，最好是正式的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的研究人員正在開發(fā)這樣的方法，并已經(jīng)開始為少數(shù)幾家制造單光子探測(cè)器的公司進(jìn)行定制校準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)布了測(cè)量五個(gè)單光子探測(cè)器效率的方法。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所制造的，作為提供官方校準(zhǔn)服務(wù)的前奏。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所物理學(xué)家Thomas Gerrits說：這是實(shí)現(xiàn)量子標(biāo)準(zhǔn)的第一步，研究生產(chǎn)了一個(gè)工具來驗(yàn)證未來的單光子探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)，但包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所在內(nèi)的許多國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)都在致力于此。

以前已經(jīng)有過關(guān)于這個(gè)主題的期刊論文，但我們做了深入的不確定性分析，并非常詳細(xì)地描述了是如何進(jìn)行測(cè)試的。目的是為計(jì)劃中的校正服務(wù)提供參考。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所是唯一有資格開發(fā)這些評(píng)估方法的機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵撗芯克谱髁耸澜缟献罡咝У膯喂庾犹綔y(cè)器，并不斷改進(jìn)其性能。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所專門從事兩種超導(dǎo)設(shè)計(jì)，一種是基于納米線或納米帶的，在新的研究中進(jìn)行了評(píng)估，另一種是過渡邊緣傳感器，將在不久的將來進(jìn)行研究。未來研究可能還會(huì)解決探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)，這些探測(cè)器可以測(cè)量非常弱的光級(jí)，但不能計(jì)算光子的數(shù)量。在被稱為SI的現(xiàn)代公制系統(tǒng)中，與光子探測(cè)關(guān)系最密切的基本測(cè)量單位是燭光，它與人眼探測(cè)到的光有關(guān)。未來的SI重新定義可能包括光子計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

這可能會(huì)提供一種更精確以坎德拉為單位測(cè)量光線的方法，單光子光級(jí)不到當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的十億分之一。新研究論文詳細(xì)介紹了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所使用傳統(tǒng)技術(shù)測(cè)量單光子探測(cè)器探測(cè)效率的細(xì)節(jié)，單光子探測(cè)器探測(cè)效率的定義是探測(cè)到光子擊中探測(cè)器并產(chǎn)生可測(cè)量結(jié)果的概率。在確保測(cè)量結(jié)果可追溯到光功率計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)(NIST的激光優(yōu)化低溫輻射計(jì))。

當(dāng)測(cè)量縮小到弱光級(jí)別時(shí)，這些儀表保持精度，總體測(cè)量不確定度主要是由于功率表校準(zhǔn)造成的。研究測(cè)量了五種探測(cè)器的效率，包括三個(gè)硅光子計(jì)數(shù)光電二極管和納米線探測(cè)器。在一些測(cè)量中，光子是通過光纖發(fā)送的，在其他情況下，光子是通過空氣發(fā)送的。對(duì)光纖和通信中常用的兩種不同波長(zhǎng)光進(jìn)行了測(cè)量。

研究/來自：美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所

參考期刊《Metrologia》

編輯：jq