ในสาขาวิทยาการสารสนเทศควอนตัมและการตรวจจับควอนตัม เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย พวกเขามีบทบาทสำคัญในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์และความจำเป็นหลายประการ ควอนตัมออปติก การทดสอบ วิธีที่ดีที่สุดในการวัดแสงคือการใช้เครื่องตรวจจับแบบหมุนด้วยจำนวนโฟตอน แต่มีเครื่องตรวจจับเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่สามารถทำได้ในระดับโฟตอนไม่กี่ระดับ
การศึกษาใหม่จาก เยล นักวิทยาศาสตร์รายงานเครื่องตรวจจับบนชิปที่สามารถแยกโฟตอนได้มากถึง 100 โฟตอนโดยการมัลติเพล็กซ์อาร์เรย์ของเส้นลวดนาโนตัวนำยิ่งยวดตามท่อนำคลื่นแสงเส้นเดียว
อุปกรณ์ตรวจจับการแก้ไขจำนวนโฟตอน (PNR) ถือเป็นเทคโนโลยีที่ต้องการมากที่สุดในการตรวจจับแสง เนื่องจากความไวสูงเป็นพิเศษ จึงสามารถนับโฟตอนได้แม้เป็นพัลส์แสงที่อ่อนที่สุด สิ่งเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานควอนตัมต่างๆ รวมถึงการประมวลผลควอนตัม การเข้ารหัส และการสำรวจระยะไกล จำนวนโฟตอนที่ระบบนับโฟตอนปัจจุบันสามารถตรวจจับได้พร้อมๆ กันนั้นมีจำกัด โดยทั่วไปแล้วจะมีเพียงครั้งละหนึ่งโฟตอนและไม่เกินสิบโฟตอน
อี้หยู โจว นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของถังกล่าวว่า “ปัญหาคือถ้าคุณมีมากกว่าหนึ่งตัว เครื่องตรวจจับจะอิ่มตัว”
“อุปกรณ์นี้ไม่เพียงแต่เพิ่มความสามารถ PNR ได้ถึง 100 แต่ยังปรับปรุงอัตราการนับตามขนาดสามลำดับอีกด้วย อีกทั้งยังทำงานที่อุณหภูมิที่เข้าถึงได้ง่าย”
แตง กล่าวว่า “ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์ดังกล่าวจึงสามารถรองรับการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานควอนตัมที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว เช่น การสุ่มตัวอย่าง Boson ขนาดใหญ่ การประมวลผลควอนตัมโฟโตนิก และมาตรวิทยาควอนตัม”
นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะรวมเครื่องตรวจจับเข้ากับแหล่งกำเนิดแสงควอนตัมบนชิปเพิ่มเติม เครื่องตรวจจับแบบทั่วไปได้รับการออกแบบมาให้เชื่อมต่อกับไฟเบอร์ออปติก ซึ่งอาจส่งผลให้สัญญาณสูญหายได้
Risheng Cheng อดีตผู้ร่วมงานหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของ Tang และนักวิทยาศาสตร์การวิจัยที่ Meta กล่าวว่า, “หากเราสามารถรวมทุกอย่างเข้าด้วยกัน เราจะสูญเสียน้อยลงและมีความแม่นยำในการวัดที่สูงขึ้น”
การอ้างอิงวารสาร:
- Cheng, R., Zhou, Y., Wang, S. และคณะ เครื่องตรวจจับการแก้ไขจำนวนโฟตอน 100 พิกเซลเปิดเผยสถิติโฟตอน แนท. โฟตอน. (2022). ดอย: 10.1038/s41566-022-01119-3
