Создан интегрированный счётчик фотонов высокого разрешения

Современные детекторы с разрешением по числу фотонов (PNR) могут определять от одного до десяти фотонов за раз, что ограничивает чувствительность квантовых устройств. Группа учёных из США создала на порядок более чувствительный датчик PNR, который может одновременно детектировать до 100 фотонов в луче — это на порядок расширит возможности квантовых приборов от криптографии до вычислений, что позволит шагнуть в новые области науки и техники.

Источник изображения: hpcwire.com

Разработку от начала до конца провели исследователи из Йельского университета, о чём рассказали в статье в журнале Nature Photonics. Важной особенностью проекта стало то, что детектор доведён до образца в виде блока для интеграции в чипы. Для каких приложений и в какие микросхемы его интегрировать — будут выбирать специалисты в области квантовых вычислений, квантовой криптографии, дистанционного зондирования и других направлений в квантовой науке.

«Детекторы с разрешением по числу фотонов (PNR) считаются самой востребованной технологией для измерения света. Обладая очень высокой чувствительностью, они могут определять количество фотонов даже в очень слабом световом импульсе», — докладывает источник.

«Проблема в том, что если у вас больше одного фотона, детектор будет насыщен, и вы не сможете определить, сколько фотонов у вас есть», — объяснил один из авторов исследования. Новое устройство позволяет не только увеличить возможность разрешения до 100 фотонов, но также на три порядка увеличивает скорость подсчёта фотонов. Кроме того, оно работает при условно высокой температуре, чего не скажешь о детекторах предыдущих поколений, требующих глубокого охлаждения.

На следующем этапе группа планирует уменьшить детектор и ещё увеличить его разрешающую способность — до 1000 фотонов за раз или около того. Наконец, будут проведены работы по интеграции на кристалл одновременно детектора и квантового источника света, что приведёт к снижению потерь (в месте сопряжения с оптоволокном, когда сигнал поступает извне) и к увеличению точности измерения.