Американські фізики розробили детектор для одиночних фотонів, який може реєструвати до чотирьох фотонів одночасно. У майбутньому можливість точного рахунку фотонів при більш інтенсивному опроміненні може використовуватися, зокрема, для систем квантового шифрування, повідомляють вчені в.
Можливість детектування одиночних фотонів лежить в основі роботи фотонних комп'ютерів та інших пристроїв, заснованих на визначенні квантових властивостей окремих фотонів. У більшості експериментів з квантової оптики і квантової інформатики зараз для цього використовуються детектори з надпровідних елементів. Принцип їх роботи заснований на тому, що при нагріванні надпровідник, за яким тече близький до критичного струм, втрачає свої надпровідні властивості. Однак всі такі детектори можуть тільки показати, потрапили на нього фотони чи ні, але при цьому нічого не говорять про їх кількість.
Група американських фізиків під керівництвом Клінтона Кейхелла (Clinton Cahall) з Університету Дьюка запропонувала, як за допомогою надпровідного детектора одночасно реєструвати кілька фотонів і при цьому точно визначати їх кількість. Запропонований вченими детектор складався з декількох петель надпровідної наноленти шириною близько 100 нанометрів, товщиною 5 нанометрів і сумарною довжиною близько 15 мікрон. Сигнал, які фіксував детектор, вчені описували за допомогою електротермічної моделі, що описує зміну напруги при збільшенні кількості фотонів, що потрапляють одночасно на детектор. При цьому для роботи детектора необхідна наявність підсилювача сигналу, який працює при тій же температурі, що і надпровідник (приблизно _ 269 градусів Цельсія).
Щоб перевірити роботу запропонованого пристрою, автори роботи опромінювали детектор короткими (80 пікосекунд) монохроматичними імпульсами довжиною хвилі 1550 нанометрів різної інтенсивності і порівняли отримані сигнали. Виявилося, що дійсно при збільшенні інтенсивності (і відповідно, загальній кількості фотонів) зростає кількість одночасного потрапляння на детектор більше, ніж одного фотона: двох, трьох або чотирьох.
Зараз число фотонів, які можна детектувати таким способам, не більше чотирьох. Однак у майбутньому автори роботи сподіваються, що їм вдасться зробити подібний пристрій, який може детектувати до 20 фотонів одночасно.
За словами вчених, розроблений ними пристрій може сильно розширити можливості сучасних систем, заснованих на квантовій оптиці, які зараз використовуються, наприклад, для квантового шифрування сигналу. За рахунок збільшення кількості детектованих фотонів можна буде збільшити і кількість переданої інформації, яка навіть при використанні єдиного фотона зараз перевершує 10 біт.