Россияне создали первый в мире прототип видеодетектора инфракрасных фотонов, который способен «видеть» движение одиночных частиц такого излучения. Камера, которая будет разработана на основе прототипа, сможет не только детектировать частицы, но и получать изображение почти в полной темноте. Устройство будет востребовано при создании защищенных линий квантовой связи, а также в медицине.

Ученые Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» создали первый в мире прототип видеодетектора инфракрасных фотонов, который способен «видеть» движение одиночных частиц такого излучения. В дальнейшем это позволит сделать камеру, которая сможет не только детектировать частицы, но и получать изображение в почти полной темноте.

На данный момент завершен первый этап, создано восемь пикселей. По словам ученых, это количество уже позволяет понять и контролировать принципы работы матрицы, дальнейший вопрос — в масштабировании.

«Сам счетчик находится внутри криостата при температуре всего 2 Кельвина (-271,15 градусов Цельсия), что близко к абсолютному нулю. При детектировании фотона он посылает сигнал на схему обработки, и на дисплее возникает изображение», — поясняет Григорий Гольцман, главный научный сотрудник лаборатории «Квантовые коммуникации» и основатель компании «Сконтел», знаменитой своими разработками сверхпроводящих счетчиков или детекторов фотонов.

Решая вопросы масштабирования, разработчик намерен создать алгоритм получения с помощью матрицы в 1 тыс. пикселей изображения в 1 млн пикселей. Можно «открывать» по одному пикселю, как в старых телевизорах, но это будет очень медленно, рассуждает он. Поэтому для дальнейшего масштабирования получившегося изображения, его пропускают через специальные паттерны. «Есть способ ускорить процесс — открывать пиксели группами. Для этого применяются специальные трафареты. Открываете один паттерн, измеряете, сколько света попадает на детектор, дальше — второй паттерн, и так далее», — рассказывает Александр Корнеев, старший научный сотрудник лаборатории.

Как рассказал представитель разработчиков, основные сложности, с которыми столкнулись авторы данного прототипа — создание математической модели обработки многопиксельной матрицы для последующего масштабирования изображения. Однако в данный момент этот барьер уже преодолен.

Команда планирует завершить разработку к 2023 г. По словам авторов проекта, финальная стоимость изделия составит несколько миллионов рублей. Конечная цена будет зависеть от степени востребованности такой видеокамеры.

По мнению разработчиков, запрос на многопиксельные детекторы фотонов растет вместе с развитием технологий. Камера будет востребована при создании защищенных линий квантовой коммуникации, в том числе и спутниковых каналов связи, при проектировании квантового компьютера на фотонах, разработке высокоточных диагностических приборов.

Возможными потребителями может стать банковский сектор, военные и медицинские организации. «Если злоумышленник попытается украсть какую-то информацию, закодированную с помощью фотонов, то он просто не сможет сделать это скрытно, — говорит Гольцман. — Детекторы фотонов будут устанавливаться как у потребителя, так и у отправителя информации. Если информацию украли, об этом станет известно со скоростью света».

Работа ведется в рамках госконтракта на выполнение опытно-конструкторских работ по заказу Минпромторга. Как стало известно, госконтракт был заключен в конце 2019 г. На разработку первичного прототипа ушло чуть меньше года. Однако данная видеокамера разрабатывалась с учетом существующих фотокамер, с которыми эта научная группа работает уже порядка 20 лет. В начале 2000 г. команда Гольцмана, основав компанию «Сконтел», создала однопиксельный счетчик одиночных фотонов на сверхпроводниках. Это послужило прорывом для данной технологии.
Чем известны Гольцман и «Сконтел»


Григорий Гольцман родился в 1948 г. в Москве. В 1968 г. окончил Физический факультет Московского государственного педагогического института им. Ленина (МГПИ). В 1973 г. защитил кандидатскую диссертацию по специальности «Физика полупроводников». В 1985 г. — докторскую. С 1979 г. работает на кафедре общей экспериментальной физики МГПИ. С 2001 г. стал ее заведующим. С 2006 г. руководит лабораторией астрокосмического центра Физического института им. Лебедева РАН. С 2013 г. — профессор научно-исследовательского университета «Высшая школа экономики», а также заведующий базовой кафедрой квантовой оптики и телекоммуникаций компании «Сконтел».

Гольцман автор более 435 научных работ, индекс цитирования 8057 согласно базе данных Scopus, индекс Хирша (наукометрический показатель) h=45. Такой же показатель цитируемости, например, у Жореса Алферова.

Гольцман получал стипендию Джорджа Сороса для профессоров в 1996-2001 гг., награжден премиями Ван Дузера Совета по прикладной сверхпроводимости IEEE (Института инженеров электротехники и электроники, США) в 2010 г., а также в 2017 г. премией IEEE за непрекращающийся и значительный вклад в изучение и развитие прикладной сверхпроводимости.

Гольцман основал компанию «Сконтел» вместе со своими учениками в 2004 г. Сегодня «Сконтел» считает себя глобальным лидером рынка сверхпроводящих счетчиков или детекторов фотонов. Технологией Гольцмана и его учеников пользуются десятки корпораций и университетов по всему миру, в том числе NASA, Оксфордский и Йельский университеты, компании Toshiba и Pirelli.

...