A 100-pixel photon-number-resolving detector unveiling photon statistics

物理 光子 探测器 光子学 量子计量学 光子反聚束 光学 光子计数 单光子源 量子光学 纳米线 量子信息科学 光电子学 量子 量子信息 量子网络 量子纠缠 量子力学
作者
Risheng Cheng,Yiyu Zhou,Sihao Wang,Mohan Shen,Towsif Taher,Hong X. Tang
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 112-119 被引量:135
标识
DOI:10.1038/s41566-022-01119-3
摘要

Abstract Single-photon detectors are ubiquitous in quantum information science and quantum sensing. They are key enabling technologies for numerous scientific discoveries and fundamental tests of quantum optics. Photon-number-revolving detectors are the ultimate measurement tool of light. However, few detectors to date can provide high-fidelity photon number resolution at few-photon levels. Here, we demonstrate an on-chip detector that can resolve up to 100 photons by spatiotemporally multiplexing an array of superconducting nanowires along a single waveguide. The unparalleled photon number resolution paired with the high-speed response exclusively allows us to unveil the quantum photon statistics of a true thermal light source for the first time, which is realized by direct measurement of high-order correlation function g(N) with N up to 15, observation of photon-subtraction-induced photon number enhancement, and quantum-limited state discrimination against a coherent light source. Our detector provides a viable route towards various important applications, including photonic quantum computation and quantum metrology.
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