自從美國國家標準與技術研究所(NIST)在20世紀90年代，建造了第一個用于計算光子的超導裝置以來，這些曾經罕見的探測器，如今已經成為世界各地流行的研究工具?，F(xiàn)在，國家標準與技術研究所已經朝著實現(xiàn)這些設備的通用標準邁出了一步，這些設備在科學和工業(yè)中變得越來越重要，單光子探測器(SPD)現(xiàn)在是研究領域的關鍵，從光通信和天體物理到基于量子物理的尖端信息技術，如量子密碼學和量子隱形傳態(tài)。

為了確保其準確性和可靠性，需要對單光子探測器進行評估，并將其與一些基準進行比較，最好是正式的標準。國家標準與技術研究所的研究人員正在開發(fā)這樣的方法，并已經開始為少數(shù)幾家制造單光子探測器的公司進行定制校準。國家標準與技術研究所團隊現(xiàn)在發(fā)布了測量五個單光子探測器效率的方法。

國家標準與技術研究所制造的，作為提供官方校準服務的前奏。國家標準與技術研究所物理學家Thomas Gerrits說：這是實現(xiàn)量子標準的第一步，研究生產了一個工具來驗證未來的單光子探測標準。目前還沒有標準，但包括國家標準與技術研究所在內的許多國家計量機構都在致力于此。

以前已經有過關于這個主題的期刊論文，但我們做了深入的不確定性分析，并非常詳細地描述了是如何進行測試的。目的是為計劃中的校正服務提供參考。國家標準與技術研究所是唯一有資格開發(fā)這些評估方法的機構，因為該研究所制作了世界上最高效的單光子探測器，并不斷改進其性能。

國家標準與技術研究所專門從事兩種超導設計，一種是基于納米線或納米帶的，在新的研究中進行了評估，另一種是過渡邊緣傳感器，將在不久的將來進行研究。未來研究可能還會解決探測器的標準，這些探測器可以測量非常弱的光級，但不能計算光子的數(shù)量。在被稱為SI的現(xiàn)代公制系統(tǒng)中，與光子探測關系最密切的基本測量單位是燭光，它與人眼探測到的光有關。未來的SI重新定義可能包括光子計數(shù)標準。

這可能會提供一種更精確以坎德拉為單位測量光線的方法，單光子光級不到當前標準的十億分之一。新研究論文詳細介紹了國家標準與技術研究所使用傳統(tǒng)技術測量單光子探測器探測效率的細節(jié)，單光子探測器探測效率的定義是探測到光子擊中探測器并產生可測量結果的概率。在確保測量結果可追溯到光功率計的主要標準(NIST的激光優(yōu)化低溫輻射計)。

當測量縮小到弱光級別時，這些儀表保持精度，總體測量不確定度主要是由于功率表校準造成的。研究測量了五種探測器的效率，包括三個硅光子計數(shù)光電二極管和納米線探測器。在一些測量中，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。對光纖和通信中常用的兩種不同波長光進行了測量。

研究/來自：美國國家標準與技術研究所

參考期刊《Metrologia》

編輯：jq