Основные статьи:
2020: Анонс сверхчувствительной видеокамеры для квантовых коммуникаций и диагностической медицины
5 ноября 2020 года стало известно о том, что ученые Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» представили прототип видеодетектора инфракрасных фотонов – камеры, которая сможет «видеть» движение одиночных частиц такого излучения. Устройство найдет применение в областях, где требуются точные измерения: защищенные (квантовые) коммуникации, квантовые вычисления, диагностическая медицина. Работа ведется в рамках госконтракта на выполнение ОКР по заказу Минпромторга РФ.
Как пояснялось, первые попытки детектировать фотоны «поштучно» предпринимались еще в начале XX века на электронных лампах – фотоэлектронных умножителях. Однако первые приборы, в силу слабой технологической составляющей, работали медленно, иногда не срабатывали или срабатывали ложно. Прорыв в инфракрасный диапазон произошел в начале 2000-х годов – тогда команда российского физика Григория Гольцмана, основав компанию «Сконтел», создала однопиксельный счетчик одиночных фотонов на сверхпроводниках.
В 2020 году, уже в составе Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» по заказу Минпромторга РФ, команда разрабатывает 1000-пиксельный видеодетектор одиночных фотонов. Устройство позволит не только детектировать частицы, но и получать изображение в почти полной темноте.
Как отмечают разработчики, запрос на многопиксельные детекторы фотонов растёт вместе с развитием технологий. Данные камеры будут использоваться в оптоволоконных сетях в защищённых каналах связи для обеспечения безопасности передачи данных.
|
| Если злоумышленник попытается украсть какую-то информацию, закодированную с помощью фотонов, то он просто не сможет сделать это скрытно. Детекторы фотонов будут устанавливаться как у потребителя, так и у отправителя информации. И если информацию украли, то об этом станет известно со скоростью света.
рассказал Григорий Гольцман, главный научный сотрудник лаборатории «Квантовые коммуникации» Центра НТИ НИТУ «МИСиС», основатель компании «Сконтел»
|
|
На ноябрь 2020 года завершен первый этап, создано 8 пикселей. По словам ученых, это количество уже позволяет понять и контролировать принципы работы матрицы, дальнейший вопрос – в масштабировании.
|
| Сам счетчик находится внутри криостата при температуре всего 2 Кельвина, что близко к абсолютному нулю. При детектировании фотона он посылает сигнал на схему обработки, и на дисплее возникает изображение.
дополнил Григорий Гольцман, главный научный сотрудник лаборатории «Квантовые коммуникации» Центра НТИ НИТУ «МИСиС», основатель компании «Сконтел» |
|
Следующий шаг – из матрицы в 1000 пикселей получить изображение в 1 000 000 пикселей. Можно «открывать» по одному пикселю, как в старых телевизорах, но это будет очень медленно. Поэтому для дальнейшего масштабирования получившегося изображения, его пропускают через специальные паттерны.
|
| Есть способ ускорить процесс – открывать пиксели группами. Для этого применяются специальные трафареты. Открываете один паттерн, измеряете, сколько света попадает на детектор, дальше – второй паттерн, и так далее.
поведал Александр Корнеев, старший научный сотрудник лаборатории «Квантовые коммуникации» Центра НТИ НИТУ «МИСиС»
|
|
Как отмечают разработчики, устройство найдет свое применение в технологичных областях: при создании защищенных линий квантовой коммуникации, в том числе и спутниковых каналов связи, при проектировании квантового компьютера на фотонах, в диагностических медицинских приборах, для обнаружения раковых опухолей.