Једноструки фотонски детектор (СПД) је врхунски-уређај у срцу модерне фотонике и квантне технологије. Његова дефинитивна карактеристика је способност да детектује присуство једног фотона. Ова способност га чини незаменљивим у областима као што су бројање фотона, квантна комуникација, ЛиДАР, флуоресцентна спектроскопија, астрономско посматрање и квантно рачунарство. Кључне карактеристике детектора појединачних фотона могу се описати на следећи начин.
Прво, ултра{0}}висока осетљивост је основни атрибут СПД-а. Конвенционални фотодетектори обично захтевају одређени интензитет светлости да би произвели мерљив одговор, док СПД може да одговори на долазак једног фотона-најмањи квант светлосне енергије. Ово се постиже интерним механизмима као што су лавинске фотодиоде (АПД) које раде у Гајгеровом режиму, где један догађај фотона покреће мерљиви импулс лавинске струје преко ефекта мултипликације лавине. Ова осетљивост омогућава мерења у условима изузетно слабог{5}}светла.
Друго, изузетна временска резолуција је још једна критична карактеристика. Једноструки фотонски детектори, посебно суперпроводни наножични детектори једноструких-фотона (СНСПД) и силицијумски фотомултипликатори (СиПМ), показују временски подрхтавање реда величине пикосекунди (пс). Ово им омогућава да прецизно одреде временску ознаку доласка фотона. У дистрибуцији квантног кључа (ККД), ова прецизност се користи за прецизно разликовање фотона сигнала; у ЛиДАР-у, омогућава резолуцију удаљености на нивоу милиметра{4}}; а код снимања током животног века флуоресценције, олакшава прецизну анализу процеса распада флуоресценције.
Треће, низак шум и висок однос{0}}/{1}}шум су од суштинског значаја. Идеалан детектор појединачних фотона мора да минимизира стопу бројања тамне светлости (лажно бројање које генерише шум у одсуству сигналних фотона). На пример, СНСПД-ови могу постићи стопе тамног бројања испод 1 бројања у секунди када се охладе на криогене температуре. Истовремено, висока ефикасност детекције фотона (ПДЕ)-однос откривених фотона и упадних фотона-је још једна кључна метрика. Модерни СПД-ови су постигли ПДЕ који прелазе 90% на одређеним таласним дужинама (нпр. телекомуникациони опсег од 1550 нм или видљиви опсег). Низак ниво шума и висока ефикасност заједно обезбеђују висок однос сигнала-на-приликом издвајања слабих сигнала.
Четврто, мртво време и стопа бројања су важни{0}}параметри за компромис. Мртво време се односи на период који је потребан детектору да поврати осетљивост након догађаја детекције, што ограничава максималну брзину бројања. Различите СПД технологије овде имају различите предности: АПД-ови имају релативно дуго мртво време (десетине наносекунди), док СНСПД и СиПМ-ови могу да постигну краће мртво време, подржавајући веће стопе бројања погодне за -брзину квантну комуникацију или праћење динамичких процеса.
Штавише, опсег спектралног одзива варира у зависности од материјала детектора. СПД-ови засновани на силикону- првенствено покривају видљиви до скоро{2}}инфрацрвени спектар (приближно 300-1000 нм), док су ИнГаАс/ИнП уређаји погодни за комуникационе опсеге од 1310 нм и 1550 нм. СНСПД-ови могу бити прилагођени да се прошире у средње инфрацрвене или чак шире таласне дужине коришћењем различитих суперпроводних материјала (нпр. НбН, ВСи). Ова флексибилност омогућава прилагођавање спектралним захтевима различитих апликација.
Коначно, услови рада и ниво интеграције су значајне карактеристике. Неки СПД (попут СНСПД) захтевају сложене криогене системе хлађења, ограничавајући њихову преносивост. Насупрот томе, нови СПД-ови (као што су ЦМОС-компатибилни једно-низови фотонских лавинских диода) напредују ка раду на собној{4}}операцији на собној температури, минијатуризацији и-интеграцији у чипу, утирући пут за велике-компактне квантне процесоре и уређаје за подешавање.
Заједно, ове карактеристике детектора појединачних фотона довеле су до продора у бројним областима. У квантној информатичкој науци, они су градивни блокови за сигурну квантну комуникацију и оптичко квантно рачунарство. У науци о животу, они омогућавају детекцију флуоресценције једног-молекула. У-осетљивању далеког домета и дубокој-комуникацији у свемир, они хватају изузетно слабе оптичке сигнале. Уз текуће истраживање нових материјала (као што су 2Д материјали) и нове архитектуре (као што су детектори интегрисани у таласовод-), детектори појединачних фотона еволуирају ка већој ефикасности, нижем шуму, ширим спектралним опсезима и већим низовима-размера. Они ће наставити да играју кључну улогу у истраживању граница света фотона.