利用原子光电探测器检测嵌入阳光中的光子级信号

在宽带背景噪声中检测极弱光子信号是光子计数领域的一项极端挑战,这需要滤波器仅允许极窄范围的光学频率通过,同时强烈抑制其他所有频率。最近的研究[Zarraoa等人,《物理评论研究》6, 033338 (2024)]表明,囚禁的单原子可作为一种低暗计数窄带光电探测器。该研究团队在此证明,这种“量子跃迁光电探测器”(QJPD)技术同样能检测强日光环境下的光子级信号。研究人员利用单个铷原子作为QJPD,成功统计了嵌入约10^10光子/秒太阳光背景中的窄带激光光子到达事件。该工作建立了太阳光环境下原子内部态动力学的速率方程模型,实验数据与理论预测呈现定量吻合。基于此模型,研究人员计算了在发送弱相干态光信号并受太阳光干扰检测时,噪声通信信道的信道容量——当在10毫秒时隙内发送150个探测光子,并叠加1纳瓦太阳光(可见光与近红外波段约10^10光子/秒)背景下,实现了0.5比特/符号的典型通信速率。这项演示有望惠及日光背景限制的应用场景,包括白昼激光雷达、远程磁力测量以及自由空间经典/量子光通信等领域。

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提交arXiv: 2025-12-02 08:29

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