В Китае квантовые технологии скоро станут широко доступными. По-другому сложно назвать те достижения, о которых сообщают китайские источники. В стране приступили к массовому производству квантовых однофотонных детекторов, способных улавливать одиночные фотоны и измерять их квантовые характеристики. Такие детекторы приведут к появлению предельно точных погодных и научных датчиков, защищённой связи и радаров малозаметных целей.
Источник изображения: Quantum Information Engineering Technology Research Centre
После многих лет экспериментов было разработано усовершенствованное и первое в мире устройство в виде четырёхканального однофотонного детектора со сверхнизким уровнем шума. Прибор, созданный Исследовательским центром квантовой информационной инженерии в провинции Аньхой (Quantum Information Engineering Technology Research Centre in Anhui), способен улавливать квант света (электромагнитной волны) — один фотон. Это как различить звук упавшей песчинки посреди грозового раската. Подобная технология служит основой для реализации квантовой связи и квантового радара.
Представленный детектор одиночных фотонов опирается на фундаментальные законы квантовой механики, которые запрещают «клонирование» их свойств. Иными словами, приём отражённых от цели или от приёмника передачи данных фотонов гарантирует истинность их квантовых состояний. Такой сигнал нельзя подделать и, следовательно, невозможно внести искажения в показания радара при обнаружении стелс-цели или при установке защищённого канала связи в условиях радиопомех. Кроме того, подобные датчики способны с невообразимой точностью получать данные о химическом и физическом составе объекта или среды, что важно для метеорологических наблюдений.
Впервые китайские учёные продемонстрировали работу квантового радара в 2016 году, обеспечив однофотонное обнаружение цели на дальности более 100 км. Новый датчик работает одновременно по четырём каналам приёма, фиксируя фотоны либо от четырёх различных источников, либо от одного, что повышает точность измерений. Установка фильтров на каждый канал позволит работать одновременно в четырёх диапазонах с фотонами разной длины волны. Это первый в мире четырёхканальный прибор, тогда как ранее промышленно изготавливались только одноканальные, что осложняло создание масштабных систем и их эксплуатацию.
Новое устройство примерно в десять раз меньше предыдущих приборов аналогичного назначения и, что более важно, обладает повышенной чувствительностью к обнаружению квантов света. Значительным успехом стало создание криогенной установки «размером с кулак» для охлаждения рабочих узлов детектора, которая снижает температуру до –120 °C.
Детекторы уже используются ведущими китайскими исследовательскими институтами, и теперь центр способен производить и поставлять их серийно. «В будущем мы предоставим “китайское решение” для крупных проектов, таких как квантовая коммуникационная сеть следующего поколения», — сообщили разработчики. Также сверхчувствительный детектор может найти применение в биофлуоресцентной визуализации, лазерной связи, измерениях в дальнем космосе и однофотонной визуализации. Это откроет окно в микромир, где всё можно будет буквально “пощупать” одним фотоном, визуализируя ранее невиданные вещи.
