Новая сверхпроводящая камера может видеть одиночные фотоны
Исследователи создали сверхпроводящую камеру с разрешением 400 000 пикселей, которая настолько чувствительна, что может обнаруживать одиночные фотоны.
Она представляет собой сетку сверхпроводящих проводов, не имеющих сопротивления до тех пор, пока фотон не попадет в один или несколько из них. Это отключает сверхпроводимость в сети, посылая сигнал. Комбинируя расположение и интенсивность сигналов, камера генерирует изображение.
Исследователи из NIST, создавшие камеру, говорят, что архитектура является масштабируемой, и поэтому текущая итерация прокладывает путь для сверхпроводящих камер еще большего формата, которые могли бы обнаруживать в широком диапазоне электромагнитного спектра.
Это было бы идеально для астрономических проектов, таких как получение изображений слабых галактик или внесолнечных планет, а также для биомедицинских исследований с использованием ближнего инфракрасного света, чтобы заглянуть в ткани человека.
Подобные устройства существовали десятилетиями, но с меньшим количеством пикселей. Новая версия имеет в 400 раз больше пикселей, чем любое другое устройство такого типа. Предыдущие версии оказались не очень практичными из-за низкого качества картинки.
Раньше было трудно или невозможно охладить сверхпроводящие компоненты камеры, состоящие из сотен тысяч проводов, путем подключения каждого из них к системе охлаждения.
По данным NIST, исследователи Адам МакКоган и Бахром Орипов и их сотрудники из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, и Университета Колорадо в Боулдере преодолели это препятствие, создав из проводов несколько рядов и столбцов, где каждая точка пересечения представляет собой пиксель.
Затем они объединили сигналы от многих пикселей всего на несколько нанопроволок, считывающих показания при комнатной температуре.
Детекторы могут видеть различия во времени прибытия сигналов длительностью до 50 триллионных долей секунды. Они также могут обнаружить до 100 000 фотонов в секунду, попадающих в сетку.
Ученые говорят, что технологию считывания можно легко масштабировать для еще более крупных камер, и предсказывают, что вскоре может стать доступной сверхпроводящая однофотонная камера с десятками или сотнями миллионов пикселей.
Тем временем команда планирует улучшить чувствительность своего прототипа камеры, чтобы она могла захватывать практически каждый входящий фотон.
Это позволит камере использовать методы квантовой визуализации, которые могут изменить правила игры во многих областях, включая астрономию и медицинскую визуализацию.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.