Uma equipe de cientistas do NTI “Quantum Communications” Center da NUST MISIS está desenvolvendo o primeiro protótipo do mundo de um detector de vídeo para fótons infravermelhos - uma câmera tão poderosa que pode “ver” o movimento de partículas individuais dessa radiação. Uma matriz de 1000 pixels será instalada na câmera, e tal sistema terá aplicação em várias áreas onde medições de alta precisão são necessárias: comunicações seguras, incluindo satélite, computação quântica e medicina diagnóstica. O desenvolvimento é realizado no âmbito do contrato estatal para a implementação de P&D encomendado pelo Ministério da Indústria e Comércio da Federação Russa.

Essa ideia não é nova - as primeiras tentativas de detectar fótons "um a um" foram feitas no início do século XX com tubos de elétrons - tubos fotomultiplicadores. No entanto, os primeiros aparelhos, devido a um componente tecnológico fraco, funcionavam lentamente, às vezes não funcionavam, às vezes funcionavam erroneamente. Depois vieram os dispositivos semicondutores - fotodiodos de avalanche, que funcionavam melhor, mas apenas com luz visível. Um avanço significativo na faixa de infravermelho ocorreu no início de 2000, quando a equipe do físico russo Grigory Goltsman, tendo fundado a empresa Skontel, criou um contador de um pixel de fótons únicos em supercondutores.
Agora, em 2020, já no NUST MISIS Center for NTI “Quantum Communications” por ordem do Ministério da Indústria e Comércio da Federação Russa, a equipe está desenvolvendo um detector de vídeo de 1000 pixels de fótons únicos. O aparelho, que não tem análogos no mundo, permitirá não só detectar partículas, mas também obter uma imagem na escuridão quase total. No momento em que a primeira etapa está concluída, 8 pixels são criados. Segundo os cientistas, esse número já permite entender e controlar os princípios da matriz, a próxima questão é o dimensionamento.

“O contador em si está dentro de um criostato a uma temperatura de apenas 2 Kelvin, que é quase zero absoluto. Quando um fóton é detectado, ele envia um sinal para o circuito de processamento e uma imagem aparece no visor ”, diz Grigory Goltsman, pesquisador-chefe do Laboratório de Comunicações Quantum do NITU MISIS NTI Center, fundador da empresa Skontel.
Nosso próximo passo futuro é obter uma imagem de 1.000.000 pixels de uma matriz de 1000 pixels. Você pode "abrir" um pixel de cada vez, como em TVs antigas, mas será muito lento. Portanto, para dimensionar ainda mais a imagem resultante, ela é passada por padrões especiais.
“Existe uma maneira de acelerar o processo - pixels abertos em grupos. Para isso, são utilizados estênceis especiais. Você abre um padrão, mede a quantidade de luz que atinge o detector, depois o segundo padrão e assim por diante ”, diz Alexander Korneev, pesquisador sênior do laboratório de comunicações quânticas do NITU MISIS NTI Center.
Conforme observado, o dispositivo final encontrará sua aplicação nas áreas de alta tecnologia: ao criar linhas de comunicação quântica seguras, incluindo canais de comunicação por satélite, ao projetar um computador quântico baseado em fótons, bem como em dispositivos médicos de diagnóstico.