Исследователи разработали новый детектор, который позволяет с очень высокой скоростью и точностью измерять одиночные фотоны. Новое устройство поможет сделать высокоскоростную квантовую связь более практичной. Квантовая связь для передачи закодированной квантовой информации, например, ключей шифрования при квантовом распределении ключей использует свет на уровне одиночных фотонов. Согласно законам физики, данные, передаваемые таким образом, гарантированно защищены. Передача информации на более высоких скоростях требует однофотонного детектора, который может не только быстро регистрировать фотоны, но и точно измерять время их прихода. В журнале Optica Publishing Group, посвященном высокоэффективным исследованиям, ученые под руководством Мэтью Д. Шоу из Лаборатории реактивного движения НАСА описывают и показывают свой новый детектор для измерения времени прихода фотонов, который они назвали PEACOQ (Performance-enhanced array for counting optical quanta) detector.
Детектор был разработан в рамках программы НАСА по созданию новой технологии квантовой связи между космосом и землей, которая в будущем позволит обмениваться квантовой информацией на межконтинентальных расстояниях. Эта работа основана на технологии, созданной для проекта NASA Deep Space Optical Communication, который станет первым примером демонстрации оптической связи в открытом космосе из межпланетного пространства.
Более быстрая квантовая связьДля ускорения скорости передачи квантовых сообщений требуется детектор на приемной стороне, который может быстро выполнять измерения и имеет малое время простоя, чтобы выдерживать высокую скорость поступления фотонов. Детектор также должен точно измерять время прибытия фотонов.
Детектор PEACOQ изготовлен из нанопроводников толщиной всего 7,5 нм, что примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. Благодаря работе при очень низких температурах — около 1 Кельвина, или -458 °F — нанопроводники становятся сверхпроводящими, что означает отсутствие у них электрического сопротивления. В условиях сверхпроводимости любой фотон, попадающий на провод, имеет все шансы быть поглощенным этим проводом. Любые поглощенные фотоны создают горячую точку, которая увеличивает электрическое сопротивление провода. Для регистрации момента изменения сопротивления и, следовательно, момента поступления фотона в детектор используется компьютер и цифро-временной преобразователь.
Чтобы продемонстрировать работу нового детектора, исследователи охладили его в криостате до 1 Кельвина. Они использовали изготовленную на заказ испытательную установку для подачи света в криостат на детектор и цепочку электроники для передачи выходного сигнала детектора из криостата, его усиления и записи. Поскольку всего есть 32 нанопроводника, исследователям пришлось использовать 32 набора, включая 32 кабеля и 32 усилителя каждого типа. Беспрецедентная скорость подсчета
Обычно передаваемая квантовая информация настраивается на часы, при этом каждая часть информации кодируется в один фотон и отправляется в определенный такт. Точность измерения времени прибытия фотонов в приемник определяет, насколько близко друг к другу могут находиться такие такты без ошибки, и, следовательно, определяет, насколько быстро можно передать информацию. Новый детектор позволяет организовать квантовую связь с современной тактовой частотой 10 ГГц. Исследователи продолжают работать над усовершенствованием детектора PEACOQ, эффективность которого в настоящее время составляет около 80% — это означает, что 20% фотонов, попадающих в детектор, не регистрируются. Авторы также планируют создать портативный приемник, который можно будет использовать для экспериментов в области квантовой связи. Он будет состоять из нескольких детекторов PEACOQ вместе с оптикой, считывающей электроникой и криостатом. 26.01.2023 |
Хайтек
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний | |
Ученые из Университета Падерборна примени... |
Физики впервые услышали звуки "схлопывания" тепла в сверхтекучей жидкости | |
В большинстве материалов тепло предпочитает ра... |
Nature Communications: Ученые придумали, как защитить золотые катализаторы | |
Впервые исследователи, в том числе и... |
Nature Photonics: Поставлен рекорд эффективности первоскитовых светодиодов | |
Используя простой метод solvent sieve, исследо... |
Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой | |
Исследователи из Токийского университета ... |
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов | |
Исследователи из Калифорнийского универси... |
В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет | |
Исследователи из Токийского университета ... |
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути | |
Исследователи из Принстона применили спле... |
Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники | |
Исследовательская группа под руководством... |
Разработан экологичный способ производства проводящих чернил для электроники | |
Исследователи из Университета Линчепинга,... |
AFM: Ученые разрабатывают технологию интеграции искусственных нейронных сетей | |
С появлением таких новых отраслей, как ис... |
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света | |
В основе глобальной интернет-связи лежит оптич... |
Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне | |
Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum ... |
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения | |
Мемристорные устройства представляют собой кат... |
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников | |
Замещающее легирование чужеродными элементами ... |
eLight: Разработан подход для создания сверхчувствительных сенсоров | |
Датчики — важнейшие инструменты для... |
Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников | |
Спинтроники — это электронные ... |
Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины | |
Интегрированные сети распределения, обработки ... |
LAM: Создано устройство, способное произвести революцию в использовании света | |
Жидкокристаллические, или ЖК, фазовые мод... |
Physical Review C: Ученые заложили базу для изучения неуловимых тетранейтронов | |
Тетранейтрон — неуловимое атомное я... |
Квантовые точки помогут создать уникальные CMOS-датчики для бытовой электроники | |
Невидимый для наших глаз, коротковолновый... |