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DARPA发布光子检测基本限制项目(图)

发布时间:2021-01-16 07:19

  [据DARPA网站2016年1月13日报道] 使用我们的眼睛、相机或其他设备检测光是各种民用和军事应用的关键,包括光或激光探测和测距(LIDAR或雷达)、摄影、天文学、量子信息处理、医学成像、显微镜和通信。但即使是最先进的光子探测器(光子无质量,有能量,是光的基本单位)也是不完善,限制了其有效性。科学家们认为,如果他们可以超越传统的光子探测器的设计,光学应用程序的性能可以提高两个数量级,甚至能够识别每个光子。但在量子物理学中,准确检测和识别每一个光子,确信每个检测信号的真实性和准确性是可实现的吗?

  DARPA的光子探测基本限制项目的目的是通过在各种技术平台上开发新的量子模型,并进行概念性验证测试,建立光子探测器性能限制的第一性原理。12日,DARPA在fedbizops(可在)网站上发布了一个特殊的消息,宣布将于2016年1月25日在弗吉尼亚州阿灵顿市举办潜在供应商信息会议。

  DARPA的项目经理普雷姆·库马尔称,“探测项目的目的是确定我们能够以什么精度发现单个光子,我们是否可以在一个系统中同时最大限度的实现光子探测器关键特性。”“这是一个基础研究工作,但获得这些问题的答案可以从根本上改变光探测器,大大提高目前许多依靠光检测的探索工具和途径。”

  在可见光范围内,光子填充在最小的立方微米空间,这似乎使他们容易区分和计数。但当光与物质相互作用时,困难就出现了。一个立方微米的常规光子探测材料有超过一兆个原子,入射光将与这些原子同时进行交互。必须采用量子力学建模模拟原子云以从理论上确认光子确实存在。但如此大规模的模拟到目前为止还无法实现。

  “几十年来,我们很少看到光子探测理论的一些重大进展,但在量子信息科学领域的最新进展使我们能够模拟非常大而复杂的系统,”库马尔说。他补充说,纳米科学的研究进展也至关重要。“纳米制造技术已经走了很长的路。现在我们不仅可以制作模型,还能够制造设备来测试这些模型。”

  该探测项目的目的是创造光子探测的全量子模型,然后进行原理性实验证明,以验证这些模型,也将研究各种光子探测技术之间的差异。目前的光子探测器,如半导体探测器、超导探测器和生物探测器在八个技术衡量指标方面有各种各样的优势和弱点,这八个指标包括物理学家所称的定时抖动、暗计数、最大速率、带宽、效率、光子数分辨率、工作温度和数组大小。目前还没有一个检测器,同时在所有八个指标上都具备优势。365bet全量子模型的开发和测试将有助于确定创建这种设备的潜力。

  库马尔说:“我们想知道光子探测的基本物理原理是否能够在理论上同时实现全部特性的最优状态,或者是否存在固有的权衡。如果权衡是必须的,这些属性的组合可以达到的最大限度是什么?”

  探测项目将需要在多个横切学科的专业知识,包括量子测量理论和实验、量子信息科学与技术、半导体物理、超导物理、生物物理、量子生物学、量子有限放大、设备和系统的设计与工程。进一步的信息将由1月25日在FedBizOpps网站发布的广泛机构公告提供。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所 张慧)