2020-06-03

Physique

Détection de photons isolés pour des mesures à la limite quantique

Imagez événements dynamiques et d’interactions aux plus petites échelles avec des temps d’exposition extrêmement courts sur de larges plages spectrales grâce aux caméras de Nüvü Camēras et à leurs performances inégalées en terme de bruit. Repoussez ainsi les frontières de la connaissance avec moins de restrictions techniques.

Physique
Crédit: Université de Heidelberg

Applications en physique

  • Simulateurs quantiques
    Mesurez des signaux de fluorescence faibles provenant d'atomes isolés avec une excitation laser minimale grâce à une capacité de comptage de photons à la fine pointe. Suivez les interactions et les autres événements cinétiques rapides avec des temps d'exposition exceptionnellement courts et une fiabilité hors-pair.

    Atomes ultra-froids

    Par le refroidissement d’atomes ou d’ions soigneusement préparés à des températures approchant le zéro absolu, un régime est atteint où les effets quantiques sont assez importants relativement pour affecter visiblement les atomes. Le montage expérimental peut être contrôlé précisément pour générer des réseaux d’atomes et observer certaines interactions spécifiques, menant à des observations pratiques de questions théoriques complexes.

    Mesures à flux ultra-faibles

    Un seul atome génère très peu de fluorescence, avec des flux parfois aussi bas que quelques photons par seconde, et ne peut pas être excité à haute puissance, car l’échantillon serait perturbé, causant alors la perte des états quantiques préparés très soigneusement. De plus, certaines mesures nécessitent des fréquences d’imagerie très élevées, ce qui complique le problème que constitue un signal faible.

    Des performances accrues de comptage de photons

    Avec une injection de charges (CIC) moindre, la source principale de bruit dans les caméras EMCCD, une caméra de Nüvü peut atteindre un gain EM allant jusqu’à 5000, alors que les EMCCD habituelles se limitent à 1000. Ce gain supérieur, alimenté par les composantes électroniques brevetées Nüvü, est crucial dans le but d’obtenir les meilleures performances de comptage de photons et permet la détection de plus de photons réels.

    Ces composantes électroniques permettent aussi d’opérer le capteur plus rapidement et d’obtenir des fréquences d’imagerie plus élevées ou d’employer des modes de lecture spécifiques pour atteindre des temps d’exposition très bas. De cette façon, Nüvü atteint à la fois les fréquences d’imagerie et la sensibilité nécessaires pour obtenir des images de haute qualité dans ces conditions.

    Ions piégés

    Pour pouvoir développer des ordinateurs quantiques, il faut d’abord mieux comprendre son unité d’information de base, le bit quantique, ou qubit. Il est possible de préparer plusieurs ions de sorte qu’ils se retrouvent dans un état superposé, où ils se comportent ainsi comme des qubits, et de les piéger dans un potentiel d’onde stationnaire pour former une chaîne d’ions. Cette chaîne peut s’utiliser comme registre pour tester des opérations et des algorithmes, permettant d’approfondir notre compréhension de l’informatique quantique et au bout du compte d’étendre des principes à des unités de traitement plus grandes.

    La détection à flux faible, un défi

    Étant donnée la courte durée de vie de certains ions, il est crucial d’obtenir des images de haute qualité en peu de temps d’exposition, ce qui peut s’avérer difficile à cause du bruit de lecture. C’est un défi d’autant plus pertinent que beaucoup d’ions émettent dans l’UV, une région où l’efficacité quantique des caméras est typiquement inférieure.

    Un meilleur RSB avec des temps d’expositions moindres

    Nüvü offre de multiples solutions UV pour améliorer l’efficacité quantique dans les longueurs d’onde UV jusqu’à 150 nm, améliorant grandement la qualité des mesures à ces longueurs d’ondes. Grâce à la multiplication des électrons dans l’EMCCD, le bruit de lecture effectif s’en trouve négligeable, et avec le CCCP de Nüvü, la deuxième plus important source de bruit, l’injection de charge (CIC), s’en trouve significativement réduite. Ceci permet un rapport signal sur bruit (RSB) plus élevé, même pour des temps d’expositions extrêmement courts.

  • Imagerie quantique
    L'imagerie quantique est un vaste sous-domaine de l'optique quantique qui étudie l'intrication quantique et ses effets. Grâce à l'exploitation de ces propriétés uniques, l'exactitude de méthodes classiques habituelles peut être sensiblement améliorée et des méthodes innovatrices d'imagerie peuvent être développées. Une meilleure compréhension de l'intrication quantique est aussi cruciale dans le but d'améliorer les méthodes de communication et d'informatique quantiques.

    Imagerie de paires de photons

    Dans le but de caractériser l’intrication quantique, il est essentiel de pouvoir détecter des paires de photons. Cela signifie que le détecteur doit posséder la capacité de détecter des photons isolés. Bien des détecteurs à comptage de photons pâtissent malheureusement d’une faible efficacité quantique ou bien doivent être placés en matrice à faible facteur de remplissage où l’on reconstruit une image à partir de plusieurs appareils.

    Des caméras EMCCD bâties spécialement pour le comptage de photons

    Les caméras EMCCD de Nüvü Camēras sont conçues pour offrir les meilleures performances en comptage de photons,    avec une probabilité de détection de photons isolés de plus de 91%. Grâce à de l’électronique redessinée qui réduit significativement l’injection de charge (CIC), la source principale de bruit dans les EMCCD, permettant un gain EM jusqu’à 5000. Grâce à une efficacité quantique de plus de 95% et un facteur de remplissage de 100%, Nüvü combine l’imagerie à champ large et une performance exceptionnelle de comptage de photons.

    Démonstration: l’importance du gain en imagerie à faible flux

    L’article suivant illustre l’impact du gain et de l’injection de charge sur les performances en comptage de photons des EMCCD. Cela souligne l’importance des caractéristiques techniques uniques des caméras Nüvü lorsque les conditions de mesure sont demandantes.