Детектор для квантового зв'язку рекордно швидко вважає фотони

Група дослідників під керівництвом Лабораторії реактивного руху НАСА розробила детектор для

вимірювання часу приходу фотонівПристрій, який інженери назвали PEACOQ, досягає максимальної швидкості рахунка понад 1,5 Gcps (1,5 млрд відліків за секунду). Цього достатньо, щоб створити квантовий зв'язок із тактовою частотою 10 ГГц.

Детектор PEACOQ складається з 32 нанодротів.товщиною всього 7,5 нм (приблизно в 10 тис. разів тонше за людське волосся). При охолодженні до наднизької температури близько 1 K (-272,15 °C) такі дроти стають надпровідними. При попаданні фотона на надпровідний дріт він поглинається і створює гарячу точку, яка помітно збільшує електричний опір дроту. Дослідники використовують комп'ютер та цифро-часовий перетворювач або перетворювач «тимчасовий інтервал — цифровий код», щоб реєструвати такі зміни опору та підраховувати фотони.

Коли детектор вимірює фотон, він видаєелектричний імпульс, а цифро-часовий перетворювач дуже точно вимірює час приходу цього електричного імпульсу з роздільною здатністю менше 100 пікосекунд або в 70 млн разів швидше, ніж клацання пальцями.

Іоана Крайчіу (Ioana Craiciu), співавтор дослідження з Лабораторії реактивного руху НАСА

Щоб продемонструвати роботу пристрою,дослідники охолодили детектор за допомогою спеціального кріостата до 1 K. Вони використовували спеціально виготовлену тестову установку для направлення світла в кріостат до детектора та ланцюжок електроніки для передачі вихідного сигналу детектора з кріостата, його посилення та запису.

Детектор PEACOQ. Зображення: Ioana Craiciu et al., Optica

Аналіз показав, що детектор виявляє фотониіз довжиною хвилі 1550 нм з ефективністю виявлення до 78%. При цьому швидкість темнового рахунку становить 158 cps, а максимальна швидкість перевищує 1500000000 cps при стисненні 3 дБ. Дослідники відзначають, що нині немає іншого детектора, який так швидко вважає окремі фотони з такою самою тимчасовою роздільною здатністю.

Розробка знайде застосування у квантовому зв'язку,вважають автори дослідження. Як правило, передана квантова інформація налаштована на годинник, при цьому кожен фрагмент даних кодується в один фотон. Те, наскільки точно прилад вимірює час прибуття фотонів до приймача, визначає, з якою частотою можна відправляти окремі фотони і, як швидко передається інформація.

Читати далі:

Знайдено фрагмент загадкового артефакту, який використовували у магічних ритуалах

Реальний «Термінатор-2» перетворюється на рідину та витікає крізь перешкоди

Меч, який вважали підробкою, виявився артефактом бронзової доби і йому 3 000 років.