Les chercheurs de l’Institut National des Normes et de la Technologie (NIST) et leurs collègues ont mis au point une caméra supraconductrice contenant 400 000 pixels, soit 400 fois plus que tout autre appareil de ce type. Cette innovation pourrait ouvrir de nombreuses nouvelles applications dans le domaine de la science et de la recherche biomédicale.
La caméra du NIST est composée de grilles de fils électriques ultra-minces, refroidis à près de zéro absolu, dans lesquels le courant se déplace sans résistance jusqu’à ce qu’un fil soit frappé par un photon.
Dans ces caméras à nanofils supraconducteurs, l’énergie impartie par un seul photon peut être détectée car elle arrête la supraconductivité à un endroit précis (pixel) sur la grille. La combinaison de tous les emplacements et intensités de tous les photons constitue une image.
Les premières caméras supraconductrices capables de détecter des photons uniques ont été développées il y a plus de 20 ans. Depuis lors, ces appareils n’ont pas dépassé quelques milliers de pixels, ce qui est trop limité pour la plupart des applications.
Le défi de la multiplication des pixels
Créer une caméra supraconductrice avec un nombre beaucoup plus grand de pixels a posé un sérieux défi car il serait presque impossible de connecter chaque pixel refroidi parmi des milliers à son propre fil de lecture.
Le défi provient du fait que chacun des composants supraconducteurs de la caméra doit être refroidi à des températures ultra-basses pour fonctionner correctement, et connecter individuellement chaque pixel parmi des centaines de milliers au système de refroidissement serait pratiquement impossible.
Les chercheurs du NIST, Adam McCaughan et Bakhrom Oripov, et leurs collaborateurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, et de l’Université du Colorado à Boulder ont surmonté cet obstacle en combinant les signaux de nombreux pixels sur quelques fils de lecture à température ambiante.
En synthèse
En exploitant une propriété générale de tout fil supraconducteur, les chercheurs ont réussi à créer une caméra supraconductrice avec 400 000 pixels. Cette avancée pourrait ouvrir de nouvelles applications dans le domaine de la science et de la recherche biomédicale.
Au cours de la prochaine année, l’équipe prévoit d’améliorer la sensibilité de la caméra prototype afin qu’elle puisse capturer pratiquement tous les photons entrants. Cela permettra à la caméra de s’attaquer à des tâches à faible luminosité, comme l’imagerie de galaxies faibles ou de planètes qui se trouvent au-delà du système solaire, la mesure de la lumière dans les ordinateurs quantiques à base de photons, et la contribution à des études biomédicales qui utilisent la lumière proche de l’infrarouge pour regarder à l’intérieur des tissus humains.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une caméra supraconductrice ?
Une caméra supraconductrice est un appareil qui utilise des grilles de fils électriques ultra-minces, refroidis à près de zéro absolu, pour détecter la lumière. Lorsqu’un photon frappe un fil, il arrête la supraconductivité à un endroit précis (pixel) sur la grille, ce qui permet de créer une image.
Quelle est la nouveauté de la caméra du NIST ?
La caméra du NIST contient 400 000 pixels, soit 400 fois plus que tout autre appareil de ce type. Cela pourrait ouvrir de nombreuses nouvelles applications dans le domaine de la science et de la recherche biomédicale.
Quel était le défi pour créer une caméra supraconductrice avec plus de pixels ?
Le défi était de connecter chaque pixel refroidi parmi des milliers à son propre fil de lecture. Les chercheurs du NIST ont surmonté cet obstacle en combinant les signaux de nombreux pixels sur quelques fils de lecture à température ambiante.
Quelles sont les applications potentielles de cette caméra ?
La caméra pourrait être utilisée pour l’imagerie de galaxies faibles ou de planètes qui se trouvent au-delà du système solaire, la mesure de la lumière dans les ordinateurs quantiques à base de photons, et la contribution à des études biomédicales qui utilisent la lumière proche de l’infrarouge pour regarder à l’intérieur des tissus humains.
Quels sont les plans futurs pour cette caméra ?
Au cours de la prochaine année, l’équipe prévoit d’améliorer la sensibilité de la caméra prototype afin qu’elle puisse capturer pratiquement tous les photons entrants.
Les informations de cet article proviennent de l’Institut National des Normes et de la Technologie (NIST), du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, et de l’Université du Colorado à Boulder.
Paper: B.G. Oripov, D.S. Rampini, B. Korzh, J. Allmaras, M.D. Shaw, S.W. Nam and A.N. McCaughan. A superconducting-nanowire single-photon camera with 400,000 pixels. Nature. Oct. 26, 2023. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06550-2
Légende illustration principale : Grâce aux améliorations prévues, la nouvelle caméra supraconductrice à fil unique de 400 000 du NIST, la plus haute résolution de ce type, pourra capturer des images astronomiques dans des conditions de luminosité extrêmement faibles. Credit: pixaby + S. Kelley/NIST.
