新しい超伝導ナノワイヤ単一光子検出器は 400,000 ピクセル – Physics World

米国の研究者らは、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（SNSPD）カメラでこれまでで最高の解像度を達成したと主張している。米国立標準技術研究所 (NIST) と NASA のジェット推進研究所のチームによって設計されたこのカメラは、他の最先端の設計よりも約 400 倍高いピクセル数を、その利点を一切損なうことなく提供します。

XNUMX 年前に初めて実証された SNSPD は、非常に低い光レベルで画像をキャプチャする私たちの能力を変革しました。これらは、絶対零度より少し高い温度まで冷却された、交差するナノワイヤの正方格子アレイを特徴としています。各ワイヤには、超電導が破壊される臨界電流のすぐ下の電流が流れます。

ナノワイヤに単一の光子が当たると、ナノワイヤが吸収する熱により、エネルギーが消散するまで超伝導が一時的に停止します。これにより、垂直ナノワイヤ間の最も近い交差点に配置された小さな抵抗加熱素子に電流が分流され、それぞれが独自の読み出しラインに接続されます。これらの読み出しからの信号は個々のピクセルとして機能し、各光子の検出位置を示します。

「SNSPD には非常に魅力的な特徴がいくつかあります」とチームリーダーは説明します バフロム・オリポフ NISTで。 「これらは、最大 29 mm のあらゆる [光子] 波長で機能し (他の多くのシリコン技術には当てはまりません)、98 nm で 1550% の検出効率を実証しています。また、光子の到着時間の不確実性 (タイミング ジッター) が非常に低く、誤検出率 (ダーク カウント) も非常に低いです。」

解像度の制限

これらの利点にもかかわらず、各ピクセルに独立した読み出しワイヤが必要なため、SNSPD をスケールアップしてより大きな検出器を作成することが困難になっています。これまでのところ、これは、最高解像度のデバイスでも 1000 ピクセルをわずかに超える程度であることを意味します。

オリポフ氏のチームは検出器の設計に異なるアプローチを採用し、各行と列のナノワイヤに平行に配置された読み出しラインを使用して光子を検出できるようになりました。

「検出器からの直接電気信号読み出しを使用する代わりに、まずその電気信号を読み出しライン内の熱(抵抗加熱素子によって生成される)に変換し、それを使用して読み出しライン内で逆伝播する電気パルスをトリガーします」とオリポフ氏は説明します。

読み出しラインの両端でこれらのパルスの到着時間を比較することで、カメラはナノワイヤに沿って光子が吸収された場所を正確に特定できます。このようにして、XNUMX つの行で検出された光子吸収サイトが垂直列の検出と交差する点にピクセルが生成されます。

読み出しラインが少なくなる

以前の設計とは対照的に、合計 N² N×N ナノワイヤのアレイを監視するには読み出しラインが必要でしたが、この新しい設計では、わずか 2N の読み出しラインで単一光子画像を構築できます。

Oripov 氏が説明しているように、この改善により、チームは設計の解像度を向上させることが非常に容易になります。 「単一光子の感度、読み出しジッター、ダークカウントなどの他の特性を犠牲にすることなく、実際に多数のピクセルにスケールできることを示しました」と彼は言います。

新しい光子検出器が量子鍵配送を加速

彼らのデバイスは、既存の最先端設計の約 400,000 倍である 400 ピクセル数を達成しました。しかし、さらに改良を加えれば、この数はさらに増加する可能性があると彼らは確信しています。これが実現すれば、電磁スペクトルの広帯域にわたる単一光子イメージングに適した新世代の大規模SNSPDへの道が開かれることになる。

すでにオリポフ氏は、暗黒物質の調査や初期宇宙のマッピングのための改良された天文学技術から、量子通信や医療画像処理の新たな機会まで、新技術の多様な可能性を構想している。

「この結果により、私たちは何人かの天体物理学者と生物医学イメージング関係者の注目を集めたようです。全員が協力してより良いイメージングツールを作ることに興味を持っています」と彼は言います。 「これは私たちのチームにとっても、SNSPD 研究全般の分野の同僚にとっても、間違いなくエキサイティングな瞬間です。」

新しい検出器については、以下で説明します。 自然.

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/new-superconducting-nanowire-single-photon-detector-has-400000-pixels/