[发明专利]一种微波单光子探测器、探测方法及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微波单光子探测器、探测方法及其制备方法。通过在功率分配器的两臂分别嵌入约瑟夫森结，相当于设置了两个对微弱信号灵敏的检测器，通过多次测量获得两臂识别信号的统计结果，即所述约瑟夫森结处于电压态和基态的概率以及所述约瑟夫森结检测到的微波单光子数，若两臂的统计结果符合一定的相干关系，则确定完成了单光子检测。本发明提供的微波单光子探测器结构简单、灵敏度高、稳定性好，其制备工艺也相对简单、成本低廉，采用本发明提供的微波单光子探测器及探测方法，能够实现单个微波光子的有效探测。

技术领域

本发明涉及微波单光子探测技术领域，特别是涉及一种微波单光子探测器、探测方法及其制备方法。

背景技术

微波单光子探测是现代科学技术发展中急需突破解决的技术，其在军事领域(如量子雷达侦测隐形飞机)、尖端科学问题研究(如量子计算机)等方面有不可或缺的地位。目前，世界上有许多研究小组正在从事相关研究，并取得了一定的成果，其中较为突出的是芬兰阿尔托大学的QCD研究组，其相关研究成果发表在了物理评论快报(Physical ReviewLetters)上。其研究的整个探测器件是制备在硅基片上的，首先在基片上沉积金属铌膜，之后依次经过紫外线曝光、反应离子刻蚀、电子束曝光、合金电子束蒸镀、清洗等制备工艺得到样品，样品光学显微图片如图1所示。样品的测试是在稀释制冷剂产生的极低温环境(mK温区)中进行的，样品测试实验装置如图2所示。测试过程由实验平台上的测量程序自动完成并返回实验数据。

然而，上述QCD研究组的实验方案目前仍只能探测到约200个频率为8.4GHz的微波光子，测量精度距离实现单个微波光子的探测仍有一定的差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波单光子探测器、探测方法及其制备方法，以实现单个微波光子的探测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种微波单光子探测器，所述微波单光子探测器包括：功率分配器以及嵌入所述功率分配器中的约瑟夫森结；所述功率分配器包括输入端和两臂；所述两臂及所述输入端以所述输入端的中线为轴对称设置；在所述两臂接近末端的位置分别嵌有一个所述约瑟夫森结。

可选的，所述输入端的阻抗为50欧姆，所述两臂的阻抗为100欧姆，所述功率分配器为50:50功率分配器。

可选的，所述两臂中任一单臂的臂长为10GHz微波对应的波长的四分之一。

一种微波单光子探测方法，所述探测方法应用于所述微波单光子探测器，所述探测方法包括：

对微波信号源输出的微波信号进行多级衰减，得到单光子量级的输入微波信号；

将所述输入微波信号输入到所述功率分配器的输入端，所述输入微波信号随机进入所述两臂中的任一路单臂；

所述单臂上嵌入的所述约瑟夫森结检测到所述输入微波信号，根据多个所述输入微波信号输出多个电压信号；

根据多个所述电压信号得到两臂识别信号的统计结果；所述统计结果包括所述约瑟夫森结处于电压态和基态的概率以及所述约瑟夫森结检测到的微波单光子数；

根据所述统计结果计算关联函数，确定是否识别到微波单光子信号。

可选的，所述根据多个所述电压信号得到两臂识别信号的统计结果，具体包括：