Une équipe de scientifiques du Centre NTI «Quantum Communications» de NUST MISIS développe le premier prototype au monde d'un détecteur vidéo pour photons infrarouges - une caméra si puissante qu'elle peut «voir» le mouvement de particules individuelles d'un tel rayonnement. Une matrice de 1000 pixels sera installée dans la caméra, et un tel système trouvera une application dans un certain nombre de domaines où des mesures de haute précision sont nécessaires: communications sécurisées, y compris par satellite, informatique quantique et médecine diagnostique. Le développement est réalisé dans le cadre du contrat d'État pour la mise en œuvre de la R&D commandé par le ministère de l'Industrie et du Commerce de la Fédération de Russie.
Cette idée n'est pas nouvelle - les premières tentatives de détection des photons "un par un" ont été faites au début du 20ème siècle à l'aide de tubes électroniques - tubes photomultiplicateurs. Cependant, les premiers appareils, en raison d'une faible composante technologique, fonctionnaient lentement, parfois ils ne fonctionnaient pas et parfois ils fonctionnaient à tort. Puis vinrent les dispositifs semi-conducteurs - les photodiodes à avalanche, qui fonctionnaient mieux, mais uniquement avec la lumière visible. Une percée significative dans le domaine de l'infrarouge a eu lieu au début des années 2000, lorsque l'équipe du physicien russe Grigory Goltsman, ayant fondé la société Skontel, a créé un compteur à un pixel de photons uniques sur des supraconducteurs.
Désormais, en 2020, déjà au sein du Centre NUST MISIS NTI pour les communications quantiques, mandaté par le ministère de l'Industrie et du Commerce RF, l'équipe développe un détecteur vidéo de 1000 pixels pour photons uniques. L'appareil, qui n'a pas d'analogues dans le monde, permettra non seulement de détecter des particules, mais aussi d'obtenir une image dans l'obscurité presque complète. Pour le moment, la première étape est terminée, 8 pixels sont créés. Selon les scientifiques, ce nombre permet déjà de comprendre et de contrôler les principes de la matrice, la question suivante est la mise à l'échelle.
«Le compteur lui-même se trouve à l'intérieur d'un cryostat à une température de seulement 2 Kelvin, ce qui est proche du zéro absolu. Lorsqu'un photon est détecté, il envoie un signal au circuit de traitement et une image apparaît sur l'écran », explique Grigory Goltsman, chercheur en chef du laboratoire de communications quantiques du centre NITU MISIS NTI, fondateur de la société Skontel.
Notre prochaine étape future est d'obtenir une image de 1 000 000 pixels à partir d'une matrice de 1 000 pixels. Vous pouvez «ouvrir» un pixel à la fois, comme sur les vieux téléviseurs, mais ce sera très lent. Par conséquent, pour redimensionner davantage l'image résultante, elle passe par des motifs spéciaux.
«Il existe un moyen d'accélérer le processus: ouvrir les pixels en groupes. Pour cela, des pochoirs spéciaux sont utilisés. Vous ouvrez un modèle, mesurez la quantité de lumière qui frappe le détecteur, puis le deuxième modèle, et ainsi de suite », explique Alexander Korneev, chercheur principal au laboratoire de communications quantiques du centre NITU MISIS NTI.
Comme indiqué, le dispositif final trouvera son application dans les domaines les plus high-tech: lors de la création de lignes de communication quantique sécurisées, y compris des canaux de communication par satellite, lors de la conception d'un ordinateur quantique à base de photons, ainsi que dans les dispositifs médicaux de diagnostic.