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科技日報北京10月26日電 （記者張夢然）美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）團(tuán)隊制造了一款包含40萬像素的超導(dǎo)相機(jī)，分辨率是其他同類設(shè)備的400倍。26日發(fā)表在《自然》雜志的此項成果，未來將可用于生物醫(yī)學(xué)成像及天文觀測等領(lǐng)域。

該相機(jī)由超細(xì)電線網(wǎng)格組成，冷卻至接近絕對零度，電流在其中毫無阻力地移動，直到電線被光子擊中。在這款超導(dǎo)納米線相機(jī)中，即使是單個光子所傳遞的能量也可被檢測到，因為它會關(guān)閉網(wǎng)格上特定位置（像素）的超導(dǎo)性。結(jié)合所有光子的所有位置和強(qiáng)度就形成了圖像。

超導(dǎo)相機(jī)的每個超導(dǎo)組件都必須冷卻到超低溫才能正常工作，而將每個像素單獨連接到冷卻系統(tǒng)幾乎是不可能的。NIST與美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實驗室、科羅拉多大學(xué)博爾德分校研究人員組成的團(tuán)隊克服了這一障礙，將來自許多像素的信號組合到幾條室溫讀出線上。

超導(dǎo)線材的一般特性是允許電流自由流動直至達(dá)到某個最大“臨界”電流。為了利用這種行為，研究人員向傳感器施加了略低于最大值的電流。在這種情況下，即使單個光子撞擊一個像素，也會破壞超導(dǎo)性。電流不再能夠無阻力流過納米線，而是被分流到連接每個像素的小型電阻加熱元件，分流電流產(chǎn)生可快速檢測的電信號。

團(tuán)隊此次構(gòu)建了具有交叉超導(dǎo)納米線陣列的相機(jī)，這些納米線形成多行和多列，這使團(tuán)隊能夠一次測量來自整行或整列像素的信號，而不是記錄每個單獨像素的數(shù)據(jù)，從而大大減少了讀出線的數(shù)量。

當(dāng)光子撞擊像素時，會形成一個微小的熱點。熱點反過來產(chǎn)生兩個電壓脈沖，電壓脈沖由兩端的檢測器記錄。脈沖到達(dá)末端檢測器所需的時間差，就揭示了像素所在的列。探測器可識別短至五十萬億分之一秒的信號到達(dá)時間差異。采用新的讀出架構(gòu)后，團(tuán)隊在增加像素數(shù)量方面取得了快速進(jìn)展。幾周之內(nèi)，像素數(shù)量從2萬躍升至40萬。

這一讀出技術(shù)可很容易地擴(kuò)展到更大的相機(jī)，具有數(shù)千萬或數(shù)億像素的超導(dǎo)單光子相機(jī)很快就會面世。

【總編輯圈點】

這不但是目前同類產(chǎn)品中分辨率最高的相機(jī)，還將是未來低光工作的最理想選擇之一。因為在接下來的一年里，該團(tuán)隊還會進(jìn)一步提高原型相機(jī)的靈敏度，以便它可捕獲每個傳入的光子。這樣優(yōu)化后，相機(jī)可以在基于光子的量子計算機(jī)中測量光，還可以為利用近紅外光觀察人體組織的生物醫(yī)學(xué)研究作貢獻(xiàn)，甚至，它能成功對太陽系之外的微弱星系或行星進(jìn)行成像。