«Улавливатель фотонов» может обнаруживать мельчайшую единицу энергии и рассматривается как прокладывающий путь для крупных проектов, таких как квантовые коммуникационные сети. (SCMP)
Китай объявил о начале массового производства первого в мире однофотонного детектора со сверхнизким уровнем шума и четырьмя каналами, предполагая, что мощные приложения могут быть применены во всем, от повседневных коммуникаций до национальной обороны.
Устройство, получившее название «ловец фотонов», может обнаруживать один фотон — наименьшую единицу энергии, что делает его ключевым компонентом в передовых технологиях, таких как квантовая связь и квантовый радар для обнаружения и отслеживания самолетов-невидимок.
Этот подвиг был достигнут Исследовательским центром квантовой информационной инженерии в провинции Аньхой, о чем сообщило в прошлую пятницу издание Science and Technology Daily, издание Министерства науки и технологий Китая.
По данным газеты, Китай за счет своего массового производства достиг самодостаточности и международного лидерства в ключевых компонентах для квантовых информационных технологий.
Однофотонный детектор, как следует из названия, представляет собой сверхчувствительное устройство, способное обнаруживать отдельные фотоны.
Когда человеческий глаз смотрит на изображение, бесчисленное количество фотонов попадает в глаз одновременно. Выделение всего одного фотона было описано как различение звука одной песчинки, падающей во время грозы.
Способность обнаруживать отдельные фотоны означает, что можно улавливать даже самые слабые энергетические сигналы, что считается основополагающим для реализации технологий квантовых коммуникаций и квантовых радаров.
В настоящее время обычные самолеты-невидимки, такие как F-22 американского производства, полагаются на специализированные покрытия и конструкции планера для поглощения или отклонения радиоволн, что делает их невидимыми для традиционных радаров.
Квантовый радар работает по-другому. Когда самолет-невидимка перехватывает фотоны, испускаемые квантовым радаром, исходные квантовые свойства этих фотонов изменяются.
Даже ложные сигналы, излучаемые летательным аппаратом, не могут воспроизвести физические характеристики исходного фотона в соответствии с теоремой квантовой механики о запрете клонирования.
Анализируя состояние одиночных фотонов, отраженных от цели, квантовый радар может эффективно видеть сквозь такой обман.
Кроме того, квантовый радар улучшает обнаружение малозаметных целей, но при этом потребляет относительно мало энергии и может быть развернут на различных платформах.
Кроме того, квантовый радар излучает минимальное количество энергии, его трудно обнаружить, и он обеспечивает большую надежность и скрытность в сложных электромагнитных средах.
Пятничное объявление было сделано почти через десять лет после того, как Китай стал пионером еще одного усовершенствования в области обнаружения однофотонных данных.
В 2016 году China Electronics Technology Group Corporation успешно разработала первую в стране квантовую радиолокационную систему, основанную на однофотонном обнаружении, достигнув дальности обнаружения более 100 км (62 мили).
В новейшем усовершенствовании четырехканальная функциональность детектора позволяет одновременно принимать фотоны либо от четырех разных источников света, либо от разных частей одного и того же источника, что позволяет проводить параллельные измерения.
В радиолокационных системах эта возможность упрощает одновременное сканирование и повышает скорость визуализации. Теоретически исследователи могут оснастить каждый канал различными фильтрами для синхронного обнаружения однофотонных сигналов на различных длинах волн.
Ранее на международном рынке были доступны только одноканальные инженерные продукты, что требовало совместной работы нескольких устройств в сложных сценариях обнаружения, сообщает Science and Technology Daily.
Новый четырехканальный детектор составляет всего одну девятую от размера сопоставимых международных одноканальных продуктов. Тем не менее, он гораздо более эффективен в обнаружении и устанавливает новый стандарт в улавливании чрезвычайно слабого света, говорится в отчете.
В интервью Science and Technology Daily Фан Юйцян из QuantumCTek Co, чья исследовательская и опытно-конструкторская группа разработала детектор, сказал: «Основной проблемой было достижение низкой температуры, низкого уровня шума и нескольких каналов на криоохладителе размером с человеческий кулак».
После более чем трех лет работы команда исследователей и разработчиков преодолела значительные технические препятствия, в том числе миниатюризацию термоакустических криоохладителей, обеспечение надежности уплотнения и подавление межканальных перекрестных помех, добавил Фанг.
Команда снизила минимальную рабочую температуру одного криоохладителя с минус 50 градусов по Цельсию (минус 58 градусов по Фаренгейту) до минус 120 градусов.
При эффективности обнаружения в 20 процентов скорость темного счета детектора снизилась примерно на 90 процентов. Как правило, чем ниже скорость темнового счета детектора, тем более он чувствителен к улавливанию сигналов.
Тан Шибяо, директор исследовательского центра в провинции Аньхой, считает, что продукт установил новый глобальный стандарт в показателях производительности.
Тан вторил министру, заявив, что Китай достиг самодостаточности в основных компонентах и модулях квантовой информации.
Детекторы уже используются в ведущих китайских научно-исследовательских институтах, и теперь центр может их производить и доставлять.
«В будущем мы предоставим «китайское решение» для крупных проектов, таких как сеть квантовой связи следующего поколения», — добавил Тан.
Помимо квантовых технологий, этот сверхчувствительный детектор имеет потенциальное применение в биофлуоресцентной визуализации, лазерной локации в глубоком космосе и однофотонной визуализации, сообщает Science and Technology Daily.
Чжан Тун
(в пересказе)
