Numărător de fotoni
Autor: Cristian Morari, Cristian Tudoran
Cuvinte cheie: numărare fotoni, optică cuantică, comunicații cuantice, microcontrolere
Aplicații
Comunicații cuantice înseamnă transfer de informație prin utilizarea proceselor de natura cuantică i.e. cu natura aleatorie. Pentru a face posibil acest lucru este necesar a utiliza capabilități specifice de emisie și recepție a luminii la intensități foarte scăzute, i.e. la limita unui singur foton/puls de informație. Din punct de vedere practic acestea sunt asigurate de dispozitivele electronice care permit numărarea fotonilor.
Numărătorii de impulsuri produși de INCDTIM pot fi utilizați atât în domeniul comunicațiilor cuantice, cât și în domenii conexe care necesită procesarea automată a informației sau analiza surselor de lumină cu intensitate redusă (i.e. cu ordin de mărime ce corespunde unui foton/puls, cu frecvențe de până la 70 MHz) în asociere cu diverse tipuri de detectori.
Aspecte inovative
Grupul nostru dezvoltă o serie de dispozitive hardware pentru analiza impulsurilor rezultate din detecția unor pulsuri de lumină extrem de slabe, caracterisitice unui număr mic de fotoni. Pentru determinarea numărului de fotoni dintr-un puls dat sunt analizate semnale electrice generate de detectori comerciali.
Utilizarea de microcontrolere este importantă pentru stabilirea rapidă a funcțiilor și ne permite să implementăm un număr mare de programe, cum sunt: numărare de fotoni, analiza statistică a numărului de fotoni sau a duratei de timp dintre detecția succesivă a fotonilor și corelarea timpului de emisie a fotonului cu timpul de detecție.
Tehnologia
Prin combinarea detectorilor comerciali cu numărătorul produs de noi putem produce și programa module pentru numărarea fotonilor și/sau analiza intensităților de curent cu valori extrem de mici (i.e. de ordinul a 10-10 A) în funcție de necesitățile experimentului.
Sunt folosite microcontrolere pe 32 de biți, cu frecvențe de 600 MHz până la 1 GHz, în montaje proiectate la INCDTIM, pentru a realiza interfața cu aparatura de detecție (e.g. semnal BNC, USB, Ethernet). Au fost realizate mai multe configurații geometrice pentru integrarea modulelor în alte dispozitive. Modulele sunt programabile via USB, conform necesităților specifice.
Avantaje
- Grad înalt de reproductibilitate a datelor/ stabilitate în funcționare
- Simplitate în exploatare
- Versatilitate, asigurată de posibilitatea re-programării cu ușurință a circuitului
- Cost de producție redus
Brevet
Brevet 00321 (A0)
Titlu: Circuit discriminator și algoritm pentru detecția coincidenței fotonilor singulari
Inventatori: Morari Cristian Ioan, Tudoran Cristian Daniel, Turcu Romulus Valeriu Flaviu