Физики, работающие в Национальном институте стандартов и технологии США (National Institute of Standard and Technology, NIST), продемонстрировали датчики, способные обнаружить и подсчитать одиночные фотоны. Эффективность датчиков — 88 %, является рекордной на данный момент. Таким образом, сделан важный шаг к созданию надежных датчиков фотонов для использования в практических квантовых системах криптографии. Считается, что квантовая криптография — самый надежный метод, гарантирующий секретность канала связи.
Датчики выполнены из вольфрамовой пленки толщиной 20 нм. Они охлаждены приблизительно до 110 милликельвинов — температуры перехода между нормальной проводимостью и сверхпроводимостью. Когда по оптоволоконной линии к вольфрамовой пленке поступает фотон, температура повышается и взывает увеличение электрического сопротивления пленки. Изменение температуры пропорционально энергии фотона, что позволяет датчику определять количество фотонов в импульсе монохроматического света.
В центре изображения видны четыре желтых квадратика: это и есть датчики, размер которых всего лишь 25х25 и 50х50 микрометров.
Раньше этот тип датчика имел ограниченную эффективность, потому что некоторые фотоны отражались от передней поверхности, а другие пролетали сквозь вольфрамовую пленку. В течение двух лет ученые работали над увеличением эффективности. В результате, она была увеличена в четыре раза, благодаря металлическому зеркалу и антиотражающему покрытию, повышающему поглощение фотонов в вольфрамовом слое.
Датчик работает в ближней инфракрасной части спектра, используемой для оптоволоконной связи. Моделирование показывает, что возможно увеличение эффективности до более чем 99 % при любой длине волны, от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной границ спектра, путем применения многослойной оптической структуры и более точного управления толщиной слоя.
Датчики предназначены для использования в качестве приемников в квантовых системах связи, инструментов для калибровки источников одиночных фотонов и практических исследований в области квантовой физики.
Источник: NIST