Un equipo de científicos del Centro NTI de “Comunicaciones Cuánticas” de NUST MISIS está desarrollando el primer prototipo del mundo de un detector de video para fotones infrarrojos, una cámara tan poderosa que puede “ver” el movimiento de partículas individuales de dicha radiación. Se instalará una matriz de 1000 píxeles en la cámara, y dicho sistema encontrará aplicación en una serie de áreas donde se requieren mediciones de alta precisión: comunicaciones seguras, incluidos satélites, computación cuántica y medicina de diagnóstico. El desarrollo se lleva a cabo en el marco del contrato estatal para la implementación de I + D encargado por el Ministerio de Industria y Comercio de la Federación de Rusia.
Esta idea no es nueva: los primeros intentos de detectar fotones "uno por uno" se realizaron a principios del siglo XX utilizando tubos de electrones, tubos fotomultiplicadores. Sin embargo, los primeros dispositivos, debido a un componente tecnológico débil, funcionaban lentamente, a veces no funcionaban y a veces funcionaban erróneamente. Luego vinieron los dispositivos semiconductores: fotodiodos de avalancha, que funcionaban mejor, pero solo con luz visible. Un avance significativo en el rango de infrarrojos tuvo lugar a principios de la década de 2000, cuando el equipo del físico ruso Grigory Goltsman, que fundó la empresa Skontel, creó un contador de un píxel de fotones individuales en superconductores.
Ahora, en 2020, ya dentro del Centro NUST MISIS NTI para Comunicaciones Cuánticas, encargado por el Ministerio de Industria y Comercio de RF, el equipo está desarrollando un detector de video de 1000 píxeles para fotones individuales. El dispositivo, que no tiene análogos en el mundo, permitirá no solo detectar partículas, sino también obtener una imagen en casi completa oscuridad. Por el momento, se completa la primera etapa, se crean 8 píxeles. Según los científicos, este número ya le permite comprender y controlar los principios de la matriz, la siguiente pregunta es la escala.
“El contador en sí está dentro de un criostato a una temperatura de solo 2 Kelvin, que está cerca del cero absoluto. Cuando se detecta un fotón, envía una señal al circuito de procesamiento y aparece una imagen en la pantalla ”, dice Grigory Goltsman, Investigador Jefe del Laboratorio de Comunicaciones Cuánticas en el Centro NITU MISIS NTI, fundador de la compañía Skontel.
Nuestro próximo paso futuro es obtener una imagen de 1.000.000 de píxeles a partir de una matriz de 1000 píxeles. Puede "abrir" un píxel a la vez, como en los televisores antiguos, pero será muy lento. Por lo tanto, para escalar aún más la imagen resultante, se pasa a través de patrones especiales.
“Hay una forma de acelerar el proceso: abrir píxeles en grupos. Para ello, se utilizan plantillas especiales. Abre un patrón, mide cuánta luz llega al detector, luego el segundo patrón, y así sucesivamente ”, dice Alexander Korneev, investigador principal del laboratorio de Comunicaciones Cuánticas en el Centro NITU MISIS NTI.
Como se señaló, el dispositivo final encontrará su aplicación en las áreas de más alta tecnología: al crear líneas de comunicación cuántica seguras, incluidos los canales de comunicación por satélite, al diseñar una computadora cuántica basada en fotones, así como en dispositivos médicos de diagnóstico.