Στην επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας και στα πεδία κβαντικής ανίχνευσης, οι ανιχνευτές ενός φωτονίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις και είναι απαραίτητες κβαντική οπτική δοκιμές. Ο καλύτερος τρόπος μέτρησης του φωτός είναι με ανιχνευτές περιστρεφόμενου αριθμού φωτονίων, αλλά μόνο λίγοι επιλεγμένοι ανιχνευτές μπορούν να το κάνουν σε επίπεδα λίγων φωτονίων.
Μια νέα μελέτη από το Yale Οι επιστήμονες αναφέρουν έναν ανιχνευτή στο τσιπ που μπορεί να αναλύσει έως και 100 φωτόνια πολυπλεξώντας χωροχρονικά μια σειρά υπεραγώγιμων νανοσυρμάτων κατά μήκος ενός μόνο οπτικού κυματοδηγού.
Οι ανιχνευτές φωτονίου-ανάλυσης (PNR) θεωρούνται ως η πιο επιθυμητή τεχνολογία για την ανίχνευση φωτός. Χάρη στην εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία τους, μπορούν να μετρήσουν τα φωτόνια ακόμη και στους πιο αδύναμους παλμούς φωτός. Είναι θεμελιώδεις για διάφορες κβαντικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των κβαντικών υπολογιστών, της κρυπτογραφίας και της τηλεπισκόπησης. Ο αριθμός των φωτονίων που τα τρέχοντα συστήματα μέτρησης φωτονίων μπορούν να ανιχνεύσουν ταυτόχρονα είναι περιορισμένος, συνήθως μόνο ένα κάθε φορά και όχι περισσότερο από δέκα.
Ο Yiyu Zhou, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Tang, είπε: "Το πρόβλημα είναι ότι αν έχετε περισσότερα από ένα, ο ανιχνευτής θα είναι κορεσμένος."
«Η συσκευή όχι μόνο προάγει την ικανότητα PNR έως και 100, αλλά βελτιώνει και τον ρυθμό καταμέτρησης κατά τρεις τάξεις μεγέθους. Λειτουργεί επίσης σε εύκολα προσβάσιμη θερμοκρασία.”
Ο Τανγκ είπε, «Εξαιτίας αυτού, η συσκευή επιτρέπει ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών, ειδικά σε πολλές ταχέως αναδυόμενες κβαντικές εφαρμογές, όπως η δειγματοληψία μποζονίων μεγάλης κλίμακας, ο φωτονικός κβαντικός υπολογισμός και η κβαντική μετρολογία».
Οι επιστήμονες σχεδιάζουν περαιτέρω να ενσωματώσουν τον ανιχνευτή με πηγές κβαντικού φωτός στο τσιπ. Οι συμβατικοί ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για να συνδέονται με μια οπτική ίνα, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια σήματος.
Ο Risheng Cheng, πρώην μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Tang και ερευνητής στο Meta, είπε, «Αν μπορούμε να ενσωματώσουμε τα πάντα, θα είχαμε μικρότερη απώλεια και μεγαλύτερη πιστότητα μέτρησης».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Cheng, R., Zhou, Υ., Wang, S. et αϊ. Ένας ανιχνευτής ανάλυσης αριθμού φωτονίων 100 pixel που αποκαλύπτει στατιστικά φωτονίων. Nat. Φωτόνιο. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01119-3
