跃迁边传感器并联SQUID-半导体读出方案实现亚纳秒时序分辨

《Scientific Reports》：Probing sub-nanosecond timing properties of micron-scale transition edge sensors via a parallel SQUID-semiconductor readout scheme

　　跃迁边传感器（TES）以其卓越的能量分辨率而闻名，被广泛应用于多种物理实验。具有微米级尺寸的TES在红外波段具备光子数分辨能力，是光量子信息处理中，尤其是非高斯量子态生成的关键器件。尽管这些器件的理论时间分辨极限预计在亚纳秒量级，但仅使用传统的超导量子干涉器件（SQUID）读出方法始终未能观测到如此快速的响应。在本研究中，我们提出了一种并联SQUID-半导体读出方案，在近红外激光照射下探测微米级TES的亚纳秒时间分辨特性。在该方案中，SQUID负责能量测量，而与该SQUID电感解耦的半导体读出负责时间测量。我们采用高电子迁移率晶体管（HEMT）进行时序测量。在高光子数照射下使TES进入正常态的条件下，我们实现了低于200 ps的时序抖动，而传统读出方法则为数纳秒。需要注意的是，该数值并不代表单光子时序抖动，因为它是高光子数照射条件下获得的；单光子时序测量仍是未来研究的重要目标。本研究的发现将拓宽TES在未来各种需要高时序分辨率且具有能量分辨能力的领域的应用。