Физики создали детектор, который умеет считать отдельные частицы света
О разработке сообщил Лейденский университет (Нидерланды), а результаты исследования опубликованы в журнале APS Open Science.
Работу выполнил физик Эрик Баалберген во время подготовки докторской диссертации. Он защитил ее 3 ноября. Вместе с коллегами исследователь нашел способ различать случаи, когда на детектор одновременно попадают один, два или три и более фотонов.
«Мы разработали метод, который позволяет отличать один, два и три (или больше) фотона», — рассказал Баалберген.
Как детектор считает фотоны
В основе технологии лежат сверхпроводящие нанопроволоки — чрезвычайно тонкие проводники, которые при очень низкой температуре теряют электрическое сопротивление. Когда на такую проволоку попадает фотон, ее электрическое состояние меняется. Это вызывает импульс, который фиксирует считывающая электроника.
Обычно однофотонные детекторы регистрируют сам факт попадания света. Однако для квантовых вычислений важно знать и число частиц, пришедших одновременно. Поэтому исследователи предложили анализировать не только силу электрического импульса, но и то, как он меняется со временем.
Эту идею Баалберген разработал вместе с физиком Ильзе Кейф и магистрантом Ларсом Селденхейсом. Ученые обнаружили, что форма сигнала содержит дополнительную информацию о количестве фотонов. Для ее извлечения они использовали математический анализ, который позволяет находить закономерности в измерениях уже проведенных экспериментов.
Такой способ не требует сложной электроники и сравнительно легко настраивается. Кроме того, исследователи изучили соединение нанопроволочного детектора со считывающей системой. Оно помогает уменьшить потери электрического сигнала.
«Наш детектор показывает, сколько именно частиц света попало на него, а измерения также позволяют оценить, насколько точен результат. Это может показаться небольшим шагом, но на самом деле он имеет большое фундаментальное значение. Детектору еще предстоит доработка, однако мы уже нашли направление, в котором можно двигаться», — отметил Баалберген.
Зачем это квантовым компьютерам
Оптические квантовые компьютеры выполняют операции с помощью фотонов. Чтобы правильно обрабатывать световые частицы, им нужны детекторы, которые способны не только замечать их, но и точно определять их количество.
Такие машины в перспективе могут помочь моделировать химические реакции, а также разрабатывать новые молекулы и материалы. Одно из преимуществ оптических квантовых компьютеров перед системами на сверхпроводящих кубитах состоит в том, что большинство их компонентов может работать при комнатной температуре. Впрочем, сами детекторы на сверхпроводящих нанопроволоках требуют охлаждения.
Во время работы Баалберген сотрудничал с нидерландской компанией QuiX Quantum. Летом 2026 года она представила первый рабочий прототип своего оптического квантового компьютера. Физик рассчитывает, что детекторы с новой системой обработки сигналов появятся в следующих поколениях этой машины.
«С таким детектором квантовый компьютер сможет выполнять вычисления с еще большей точностью», — считает исследователь.
