Single Quantum超導(dǎo)納米線單光子探測器最新應(yīng)用進(jìn)展

01、超導(dǎo)納米線單光子探測器(Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors)

超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPDs)是一種高效的光子檢測設(shè)備，利用超導(dǎo)材料的特性來探測單個(gè)光子，在科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注。

工作原理：SNSPDs工作時(shí)，超導(dǎo)納米線被冷卻到接近絕對(duì)零度。當(dāng)單個(gè)光子撞擊到超導(dǎo)納米線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致納米線局部失去超導(dǎo)狀態(tài)，形成電阻。這個(gè)電阻的變化可以被電子設(shè)備檢測到，并記錄為一個(gè)光子的探測事件。

關(guān)鍵特性：

超高探測效率: SNSPDs能以極高的效率探測單個(gè)光子。

快速時(shí)間響應(yīng): 它們具有極快的時(shí)間分辨率，可以精確測量光子到達(dá)的時(shí)間。低暗計(jì)數(shù)率: 這意味著在沒有光子入射時(shí)，SNSPDs產(chǎn)生誤報(bào)的概率很低。

寬波長范圍: 能夠探測從可見光到紅外波長范圍內(nèi)的光子。

低噪音: 由于超導(dǎo)狀態(tài)的特性，SNSPDs在操作時(shí)噪音水平很低。

Single Quantum是一家位于荷蘭的高科技公司，專注于開發(fā)和制造超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPDs)，SNSPDs憑借高效的探測率和精確的時(shí)間分辨率，成為量子通信、密碼學(xué)、紅外光譜和激光測距等領(lǐng)域的理想選擇。這些探測器實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c高效性，并通過先進(jìn)的密碼學(xué)技術(shù)保護(hù)信息安全。SNSPD技術(shù)還在紅外光譜學(xué)的深入探索和提升激光測距精度方面做出了創(chuàng)新，推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)和電信行業(yè)的發(fā)展。

性能參數(shù)：

02、最新研究成果(Research Achievements)

一、天文探測

Psyche是一項(xiàng)由NASA資助的太空探索任務(wù)，旨在研究位于火星和木星之間小行星帶內(nèi)的同名小行星——小行星16 Psyche，這顆小行星非常獨(dú)特，因?yàn)樗徽J(rèn)為主要由金屬構(gòu)成，與大多數(shù)由巖石或冰組成的小行星截然不同?？茖W(xué)家認(rèn)為，Psyche小行星可能是早期太陽系中一顆更大行星的核心殘留部分。2023年10月，Psyche探測器成功發(fā)射，預(yù)計(jì)到2029年8月，該探測器將開始對(duì)這顆小行星進(jìn)行詳細(xì)探索。到那時(shí)，我們配備的自由空間耦合型超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)將在地球的基站接收來自探測器的紅外信號(hào)，這將是對(duì)深空通信能力的一次重要測試。

二、腦成像

在腦成像技術(shù)方面，多種先進(jìn)方法已被用于分析神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，將醫(yī)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)融合，形成一個(gè)迅速發(fā)展的學(xué)科。近年來，技術(shù)革新和科學(xué)發(fā)現(xiàn)在這一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。

主要的腦成像技術(shù)包括功能性磁共振成像(fMRI)、正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和近紅外光譜成像(NIRS)。fMRI能捕捉大腦活動(dòng)區(qū)域的血流變化，揭示神經(jīng)活動(dòng);PET通過放射性示蹤劑研究大腦代謝和藥物反應(yīng);NIRS利用近紅外光探測腦組織氧合水平，為大腦功能研究提供非侵入性方法。

隨著技術(shù)進(jìn)步，腦成像正向更高的空間和時(shí)間分辨率發(fā)展，提高成像深度和范圍。

康奈爾大學(xué)的許教授團(tuán)隊(duì)與Single Quantum公司合作，近期完成了一項(xiàng)創(chuàng)新研究。他們使用1310納米波長的激光來激發(fā)獲取量子點(diǎn)(QDs)，這些量子點(diǎn)在大約1700納米的低衰減窗口內(nèi)發(fā)光，用于體內(nèi)共焦顯微鏡成像。這一新型配置使得他們能夠獲得與傳統(tǒng)多光子顯微鏡相媲美的成像深度，同時(shí)具備僅使用常規(guī)連續(xù)波激光的優(yōu)勢(shì)。

通過將SNSPD技術(shù)與短波紅外(SWIR)共焦顯微鏡相結(jié)合，這一研究為使用紅外光成像生物結(jié)構(gòu)開辟了新的可能性。與傳統(tǒng)的單光子共焦熒光顯微鏡相比，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)之前所達(dá)到的成像深度的2到4倍。這項(xiàng)研究成果已經(jīng)在《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表。

閃光科技與Single Quantum聯(lián)合推出兩種類型的超導(dǎo)納米線單光子探測器：自由空間耦合和傳統(tǒng)光纖耦合，以適應(yīng)不同應(yīng)用場景的需求。兩種類型的超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPDs)各具特色，滿足廣泛的科研和工業(yè)應(yīng)用需求。自由空間耦合型SNSPD適合于需要靈活配置和快速調(diào)整光路的場合，如量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的光學(xué)研究，而傳統(tǒng)光纖耦合型SNSPD則適用于固定光路和長距離光信號(hào)傳輸?shù)膱鼍?，如遙感和長距離量子通信。這兩種探測器均能提供高效率、低噪音和高時(shí)間分辨率的性能，使其在精密測量、量子信息處理和先進(jìn)的光通信技術(shù)中發(fā)揮重要作用。

審核編輯：湯梓紅