Прорыв в технологии сверхпроводящих камер: 400 000 пикселей для улучшенной визуализации

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали революционную сверхпроводящую камеру с беспрецедентным количеством пикселей - 400 000. Это значительное усовершенствование по сравнению с предыдущими устройствами, которые обычно имели несколько тысяч пикселей. Увеличение числа пикселей открывает новые возможности в различных областях науки, включая биомедицинские исследования и астрономические наблюдения.

Сверхпроводящие камеры способны улавливать очень слабые световые сигналы, что делает их идеальными для изучения далеких небесных объектов или картирования человеческого мозга. Камера NIST состоит из решеток сверхтонких электрических проводов, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. В таком состоянии ток течет по проводам без сопротивления до тех пор, пока в провод не попадает фотон. Энергия фотона нарушает сверхпроводимость в этом конкретном месте, что позволяет ученым обнаружить присутствие даже одного фотона. Комбинируя информацию от всех мест и интенсивностей фотонов, можно сформировать полное изображение.

Разработка сверхпроводящих камер, способных детектировать одиночные фотоны, началась более двух десятилетий назад. Однако ограниченное количество пикселей в первых устройствах не позволяло найти им применение. Основной проблемой при увеличении числа пикселей была сложность индивидуального подключения каждого пикселя к собственному считывающему проводу при поддержании сверхнизких температур, необходимых для нормального функционирования.

Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи NIST Адам Маккоган и Бахром Орипов совместно с коллегами из Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета Колорадо в Боулдере разработали инновационное решение. Они объединили сигналы от нескольких пикселей на нескольких проводах для считывания при комнатной температуре. Подав ток чуть ниже максимального порога, исследователи добились того, что даже один фотон, попавший на пиксель, нарушил сверхпроводимость. В результате этого ток направляется на небольшой резистивный нагревательный элемент, подключенный к каждому пикселю, и генерирует электрический сигнал, который можно быстро обнаружить.

Последствия этого открытия далеко идущие. При дальнейшем совершенствовании сверхпроводящая камера высокого разрешения может быть использована для получения изображений слабых галактик и планет за пределами нашей Солнечной системы. Она также может сыграть важную роль в измерении света в квантовых компьютерах на основе фотонов и в биомедицинских исследованиях, использующих ближний инфракрасный свет для изучения тканей человека.

Адам МакКоган, один из исследователей NIST, участвовавших в проекте, цитирует: "Эта новая технология камер способна произвести революцию в области получения изображений в различных научных областях. Увеличение числа пикселей позволяет проводить более детальные и точные наблюдения, открывая новые возможности для исследований и открытий".

Создание сверхпроводящей камеры с разрешением 400 000 пикселей является значительной вехой в развитии технологий получения изображений. Возможности ее применения простираются от разгадки тайн Вселенной до медицинской диагностики. Поскольку исследователи продолжают расширять границы возможного, в будущем мы можем ожидать еще более выдающихся открытий.