Центр НТИ «Квантовые коммуникации: Видеодетектор инфракрасных фотонов

Основные статьи:

• Квантовый компьютер и квантовая связь
• Квантовые коммуникации. Общие положения и терминология
• Диагностика рака

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.

Прототип фотокамеры

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.

Прототип фотокамеры

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.

Прототип фотокамеры

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.