في علوم المعلومات الكمومية ومجالات الاستشعار الكمي، تُستخدم أجهزة الكشف أحادية الفوتون على نطاق واسع. إنهم يلعبون دورًا حاسمًا في العديد من الإنجازات العلمية والضرورية البصريات الكمومية الاختبارات. إن أفضل طريقة لقياس الضوء هي باستخدام أجهزة كشف دوارة لأرقام الفوتون، ولكن فقط عدد قليل من أجهزة الكشف يمكنها القيام بذلك عند مستويات قليلة من الفوتون.
دراسة جديدة من ييل أعلن العلماء عن كاشف على رقاقة يمكنه تحليل ما يصل إلى 100 فوتون عن طريق مضاعفة الإرسال الزماني المكاني لمجموعة من الأسلاك النانوية فائقة التوصيل على طول دليل موجي ضوئي واحد.
تعتبر أجهزة كشف تحليل أرقام الفوتون (PNR) من أكثر التقنيات المرغوبة للكشف عن الضوء. وبفضل حساسيتها العالية بشكل استثنائي، يمكنها حساب الفوتونات حتى في أضعف نبضات الضوء. وهي أساسية لمختلف التطبيقات الكمومية، بما في ذلك الحوسبة الكمومية، والتشفير، والاستشعار عن بعد. عدد الفوتونات التي يمكن لأنظمة عد الفوتونات الحالية اكتشافها في وقت واحد محدود، وعادةً ما يكون واحدًا فقط في المرة الواحدة ولا يزيد عن عشرة.
قال ييو تشو، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر تانغ: "المشكلة هي أنه إذا كان لديك أكثر من واحد، فسيكون الكاشف مشبعًا."
"لا يعمل الجهاز على تحسين قدرة PNR بما يصل إلى 100 فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين معدل العد بمقدار ثلاثة أوامر من حيث الحجم. كما أنها تعمل في درجة حرارة يمكن الوصول إليها بسهولة.
وقال تانغ "ولهذا السبب، يسمح الجهاز بمجموعة واسعة من التطبيقات، خاصة في العديد من التطبيقات الكمومية سريعة الظهور، مثل أخذ عينات بوسون واسعة النطاق، والحوسبة الكمومية الضوئية، وعلم القياس الكمي."
ويخطط العلماء أيضًا لدمج الكاشف مع مصادر الضوء الكمومية الموجودة على الرقاقة. تم تصميم أجهزة الكشف التقليدية بحيث يتم ربطها بألياف ضوئية، مما قد يؤدي إلى فقدان الإشارة.
ريشينج تشينج، زميل سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر تانغ وعالم أبحاث في ميتا، محمد, "إذا تمكنا من دمج كل شيء، فسنحصل على خسارة أقل ودقة أعلى في القياس."
المرجع مجلة:
- تشنغ، R.، تشو، Y.، وانغ، S. وآخرون. كاشف يحلل أرقام الفوتون بدقة 100 بكسل ويكشف النقاب عن إحصائيات الفوتون. نات. الفوتون. (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038/s41566-022-01119-3
