Группа исследователей под руководством Лаборатории реактивного движения НАСА разработала детектор для измерения времени прихода фотонов. Устройство, которое инженеры назвали PEACOQ, достигает максимальной скорости счета свыше 1,5 Gcps (1,5 млрд отсчетов в секунду). Этого достаточно, чтобы создать квантовую связь с тактовой частотой 10 ГГц.
Детектор PEACOQ состоит из 32 нанопроволок толщиной всего 7,5 нм (примерно в 10 тыс. раз тоньше человеческого волоса). При охлаждении до сверхнизкой температуры около 1 K (-272,15 °C) такие проволоки становятся сверхпроводящими. При попадании фотона на сверхпроводящую проволоку он поглощается и создает горячую точку, которая заметно увеличивает электрическое сопротивление провода. Исследователи используют компьютер и цифро-временной преобразователь или преобразователь «временной интервал — цифровой код», чтобы регистрировать такие изменения сопротивления и подсчитывать фотоны.
Когда детектор измеряет фотон, он выдает электрический импульс, а цифро-временной преобразователь очень точно измеряет время прихода этого электрического импульса с разрешением менее 100 пикосекунд или в 70 млн раз быстрее, чем щелчок пальцами.
Иоана Крайчиу (Ioana Craiciu), соавтор исследования из Лаборатории реактивного движения НАСА
Чтобы продемонстрировать работу устройства, исследователи охладили детектор с помощью специального криостата до 1 K. Они использовали специально изготовленную тестовую установку для направления света в криостат к детектору и цепочку электроники для передачи выходного сигнала детектора из криостата, его усиления и записи.
Детектор PEACOQ. Изображение: Ioana Craiciu et al., Optica
Анализ показал, что детектор обнаруживает фотоны с длиной волны 1 550 нм с эффективностью обнаружения до 78%. При этом скорость темнового счета составляет 158 cps, а максимальная скорость превышает 1,5 млрд cps при сжатии 3 дБ. Исследователи отмечают, что настоящее время нет другого детектора, который так быстро считает отдельные фотоны с таким же временным разрешением.
Разработка найдет применение в квантовой связи, полагают авторы исследования. Как правило, передаваемая квантовая информация настроена на часы, при этом каждый фрагмент данных кодируется в один фотон. То, насколько точно прибор измеряет время прибытия фотонов к приемнику, определяет, с какой частотой можно отправлять отдельные фотоны и, соответственно, как быстро передается информация.
Читать далее:
Найден фрагмент загадочного артефакта, который использовали в магических ритуалах
Реальный «Терминатор-2» превращается в жидкость и утекает сквозь препятствия
Меч, который считали подделкой, оказался артефактом бронзового века и ему 3 000 лет