Discriminazione del numero di fotoni grazie alla crescente separazione dei tempi di arrivo nei rivelatori a singolo fotone a microstriscia superconduttiva larga

Abstract degli autori

Presentiamo misure delle distribuzioni dei tempi di arrivo (TOA) in funzione del numero di fotoni in rivelatori a singolo fotone a microstriscia superconduttiva larga in NbN (SMSPD). Caratterizziamo due dispositivi lunghi \SI{10}{\um}, con larghezze di \SI{3.2}{\um} e \SI{6.4}{\um}, sottoposti a eccitazione impulsata a \SI{515}{nm}. Gli istogrammi dei TOA sono descritti da somme di componenti gaussiane modificate esponenzialmente (EMG); nel dispositivo più largo si osservano componenti attribuite a numeri di fotoni fino a \(n=8\). All’aumentare del numero di fotoni, i picchi TOA adiacenti diventano più distinguibili rispetto alle loro larghezze, a differenza della compressione degli scarti temporali tra numeri di fotoni vicini osservata negli SNSPD convenzionali a filo stretto. Per le componenti attribuite a \(n=7\) e \(n=8\), la separazione tra i picchi normalizzata alla FWHM è \(2.15\) e le distribuzioni EMG ottenute dall’adattamento forniscono una fedeltà di assegnazione del TOA tra le due componenti, con probabilità a priori uguali, pari a \(99.6\%\). Il parametro della coda esponenziale delle EMG \(τ_n\) diminuisce nettamente all’aumentare del numero di fotoni, mentre il parametro di posizione della componente gaussiana \(μ_n\) continua a variare tra componenti vicine. Un modello fenomenologico ispirato a processi legati ai vortici che dipendono dal sito di assorbimento e alla ridistribuzione collettiva della corrente riproduce queste tendenze temporali. Questi risultati indicano che gli SMSPD larghi costituiscono una piattaforma per distinguere numeri elevati di fotoni in base al TOA, rilevante per la caratterizzazione degli stati multifotonici e l’elaborazione quantistica dell’informazione fotonica. La stessa geometria offre inoltre un contesto in cui esaminare come la distribuzione spaziale dell’assorbimento dei fotoni influisca sulla rivelazione assistita da vortici.