Rivelatori di singolo fotone a nanofili superconduttori

Abstract

Abstract

Il lavoro di ricerca descritto in questa tesi di dottorato riguarda la realizzazione e lo sviluppo di una nuova generazione di rivelatori di singolo fotone ad elevata efficienza quantica, che sfruttano le proprietà superconduttive del nitruro di niobio (NbN). Questi dispositivi, chiamati SSPD acronimo di Superconducting Single Photon Detectors, operano nella regione delle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni ad una temperatura di lavoro di 4.2 K. Nella tesi vengono prima descritte le tecniche e le procedure utilizzate per la realizzazione dei suddetti rivelatori e quindi i risultati relativi allo studio di nuovi detector a singolo fotone. Gli SSPD sono costituti da sottili nanofili (spessore ~4÷5nm) larghi 100nm e lunghi un centinaio di micron. Per rendere efficiente l’accoppiamento ottico tra il rivelatore e la radiazione incidente questi nanofili vengono disposti a meandro con un’area attiva di 25µm2 con un fattore di riempimento pari al 40%. Questi dispositivi sono destinati ad applicazioni avanzate nel campo delle comunicazioni quantistiche in fibra, della metrologia quantistica e della computazione quantistica realizzata con tecniche ottiche. Oltre allo sviluppo degli SSPD in questo lavoro viene descritta la possibilità di realizzare rivelatori che operino in regime lineare rispetto al numero dei fotoni incidenti (Photon Number resolving Detectors, PND). In altre parole rivelatori di stati n di fotoni con n > 1, le cui applicazioni alla computazione e metrologia quantistica sono oggi di grande interesse. I risultati del lavoro svolto durante il dottorato suggeriscono la possibilità di integrare questi dispositivi con altre componenti ottiche, guide d’onda e sorgenti a singolo fotone, aprendo la strada, in un futuro non lontano, per la realizzazione e miniaturizzazione di nuovi dispositivi che costituiscano i mattoni elementari di network fotonici di crescente complessità.