Науковці з Національного інституту стандартів і технологій (NIST), що входить до складу Міністерства торгівлі США, представили світові новий прорив у сфері фотоніки — однофотонну надпровідну камеру з найвищою у світі роздільною здатністю. Ця інноваційна розробка може відкрити безліч можливостей для широкого спектра застосувань.
Надчутливі камери мають широке застосування у різних галузях, починаючи від біомедичних досліджень і закінчуючи астрономічними спостереженнями. Вони дозволяють реєструвати надзвичайно слабкі світлові сигнали навіть від дуже віддалених космічних об’єктів або від частин людського мозку. Ключовою особливістю цієї нової надпровідної камери є її надзвичайно висока роздільна здатність, яка перевищує будь-які попередні аналоги.
Надпровідна камера NIST містить 400 тис. пікселів, що у 400 разів більше, ніж аналогічні камери. Її конструкція складається з тонких надпровідних дротів, охолоджених практично до абсолютного нуля. Струм у таких дротах рухається без опору, поки на них не потрапляє фотон.
Надскладна задача створення
Однак розробка надпровідних камер із високою роздільною здатністю виявилася вельми складним завданням. Перші такі камери, здатні виявляти окремі фотони, з’явилися понад 20 років тому, але вони мали всього кілька тисяч пікселів, що обмежувало їхнє застосування.
Одним із ключових викликів було створення надпровідної камери з великою кількістю пікселів, оскільки для належної роботи кожен із них має бути охолоджений. Команда науковців із NIST та інших інституцій запропонувала новий підхід до цієї проблеми. Вона розробила спосіб об’єднати сигнали від багатьох пікселів на кількох дротах для зчитування за кімнатної температури.
Нова конструкція камери NIST вражає своєю складністю. Вона має дві сітки електричних дротів, які перекривають одна одну, створюючи «пікселі» в місцях їхнього перетину. Коли фотон падає на дріт і нагріває його, це порушує струм у дроті, створюючи резистивну гарячу точку, що відводить струм і подає напругу на детектор камери у двох напрямках. Це дозволяє визначити точне положення фотона на екрані камери.
Детектори нової камери здатні розрізняти час прибуття фотонів із точністю до 50 трильйонних часток секунди й можуть реєструвати до 100 тис. фотонів на секунду. Така висока роздільна здатність і точність відкривають безліч можливостей для наукових досліджень — від астрономії й біології до квантових обчислень і біомедицини.
Можливості камери для науки
Крім того, нова конструкція зчитування є дуже масштабованою. Це означає, що NIST може розробити ще більші камери з вищою роздільною здатністю. Наразі команда науковців планує покращити чутливість прототипу камери, щоб вона могла виявляти практично кожен вхідний фотон. Це відкриє нові можливості для досліджень в умовах низької освітленості, включно з візуалізацією слабких галактик і планет поза Сонячною системою, вимірювання світла у квантових комп’ютерах на основі фотонів і біомедичні дослідження, що використовують ближнє інфрачервоне випромінювання для вивчення людських тканин.
Раніше ми повідомляли про те, як MRO розгледів на поверхні Марса китайський апарат Zhurong.
За матеріалами petapixel.com
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
