fotonų jutiklis

fotonu detektorius

Proveržis kuriant pavienių fotonų jutiklius
Panašu, kad pavyko pasiekti persilaužimą kuriant veiksmingą pavienių fotonų jutiklį.

Karlsruhės technologijos institute (Vokietija) sukurtas fotonų jutiklio prototipas turi pakankamai įspūdingus parametrus: 91 % efektyvumą, yra tiesiogiai integruotas mikroschemoje, jo taktinis dažnis yra gigahercų eilės, todėl laikas tarp matavimų yra pakankamai trumpas, o klaidingų fotonų aptikimo skaičius nykstamai mažas.

fotonu_detektorius
fotonų_detektorius

Ultraspartūs, efektyvūs ir patikimi pavienių fotonų jutikliai yra vieni iš labiausiai laukiamų komponentų kvantinės fizikos srityse, kuri, nors ir vystosi pakankamai sparčiai, vis dar nėra subrendusi iki praktinio pritaikymo lygmens.

Karlsruhės technologijos institutas, bendradarbiaudamas su kolegomis iš Jeilio, Bostono ir Maskvos valstybinio pedagoginio universiteto, pasiekė akivaizdžią pažangą, integruojant pavienių fotonų jutiklį optoelektrinėje mikroschemoje – jų sukurtas prototipas sugebėjo registruoti pavienius fotonus su labai nedideliu klaidingų matavimų skaičiumi (jie gali atsirasti dėl spontaninės fotono emisijos, alfa dalelių, išorinių elektromagnetinių laukų).

Be patikimo pavienių fotonų jutiklio yra neįmanoma sukurti kvantinių kompiuterių, nes jis atitiktų įprastinio kompiuterio vieną iš pagrindinių komponentų: analoginį-skaitmeninį keitiklį, nustatantį, ar signalo įtampa reiškia 0 ar 1. Nors per pastaruosius kelerius metus buvo sukurta daug įvairių pavienių fotonų jutiklių, iki šiol nė vienas jų nebuvo pakankamai tikslus.

Šis jutiklis buvo pagamintas ant bangolaidžio, kuriuo gali sklisti šviesa, suformuojant superlaidžius nanometrinio dydžio niobio nitrido laidininkus. Kai niobio nitridas absorbuoja bangolaidžiu sklindančios šviesos fotoną, jis įgyja varžą ir tampa nebe superlaidininku, ir tai fiksuojama kaip niobio nitride atsiradusi įtampa. Kuo bangolaidis ilgesnis (o jis gali būti nuo kelių iki keliolikos mikrometrų ilgio), tuo didesnė tikimybė užregistruoti fotoną.

Iki šiol gamintų fotonųjutikliai prie mikroschemų buvo jungiami šviesolaidžiais, kuriuose dalis šviesos prarandama, o šio detektoriaus privalumas, jog jis yra visiškai integruotas optoelektrinėje mikroschemoje. Technologija leidžia sukurti kelis šimtus tokių detektorių vienoje mikroschemoje, o tai svarbi sąlyga, planuojant juos panaudoti praktiškai, visų pirma kvantiniuose kompiuteriuose, optoelektinėse grandinėse ir ypač jautriuose šviesos jutikliuose.

Nuoroda: High-speed and high-efficiency travelling wave single-photon detectors embedded in nanophotonic circuits

iš http://www.nature.com