Manyetik Akı Kuantaları Foton Sayısını Ölçmek için Yeni Yöntem Sunuyor

Fotonların manyetik akı kuantumları kullanarak tespit edilmesi prensibinin bir görselleştirmesi. Kaynak: İleri Endüstriyel Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (AIST)

AIST araştırmacıları, bir süperiletkende foton soğurulmasıyla ortaya çıkan manyetik akı kuantumlarını doğrudan gözlemiş ve bu fıkı kuantumlarının sayısına dayanarak foton sayısını belirleyen yeni bir foton tespit prensibini kanıtlamıştır.

Bireysel fotonların tespiti, fotonik kuantum bilgisayları ve kuantum iletişimi için kritik bir teknolojidir ve bu konuda birçok yöntem önerilmiştir. Bunlardan bazıları araştırma amaçlı olarak zaten pratik kullanımda olsa da, endüstriyel uygulamalara entegrasyonları ancak yeni yeni başlamıştır.

Physical Review Applied dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, foton tespitine yönelik yeni bir yaklaşım iki önemli yeteneği bir araya getirmektedir: geleneksel teknolojilerle elde edilmesi zor olan yüksek foton sayısı çözünürlüğü ve endüstriyel uygulamalar için arzu edilen yüksek hız operasyonu.

Kuantum teknolojileri hassas foton sayımı talep eder

Optik kuantum hesaplamada fotonların qubit olarak kullanımının yüksek hızlı, ölçeklenebilir kuantum hesaplamaları sağlaması beklenirken, kuantum iletişimde fotonların kuantum bilgisinin taşıyıcısı olarak kullanımının yüksek bilgi-teoretik güvenlikle iletişimi sağlaması beklenmektedir. Bu kuantum fotonik teknolojilerin ilerlemesi için fotonların yüksek verimlilik ve hassasiyetle tespit edilmesi gerekmektedir.

Bu bağlamda, bir fotonun varlığını veya yokluğunu tespit etmenin ötesine geçerek fotonların kesin sayısını (1, 2, 3 vb.) ayırt eden foton sayısı çözünürlüklü tespit (PNRD), tek foton kaynaklarının değerlendirmesi, bozonik kuantum hesaplamaları ve gelişmiş kuantum iletişim şemalarında öngörülen uygulamalarla kritik bir teknolojidir.

PNRD, kuantum optik araştırmalarında kritik bir ölçüm tekniği olarak kullanılmış olsa da, gelecekteki ölçeklenebilir optik kuantum bilgisayları ve kuantum iletişimi altyapısındaki kullanım için daha fazla hız iyileştirmeleri gerekmektedir.

Çözünürlük ile hız arasındaki denge

Sıradan foton dedektörleri süperiletken geçiş kenarı sensörleri (TES) ve süperiletken nanoteller tek foton dedektörlerini (SNSPD) içerir. TES cihazları bireysel foton sayılarını çoklu fotonlara kadar çözünürlükle ayırt edebilseler de, foton enerjisini ısı olarak ölçerler; bu da soğutma için zaman gerektirir ve böylece bir TES cihazının ne kadar hızlı çalışabileceğini sınırlar.

Buna karşılık, SNSPD’ler son derece hızlı çalışır. Ancak fotonun varışını tespit edebilseler de enerjisini belirleyemezler. Bu nedenle, PNRD kullanarak foton sayısını belirlemek için çok sayıda dedektörün birleştirilmesi gerekir.

Günümüzde hem TES’in yüksek foton sayısı çözünürlük yeteneği hem de SNSPD’nin yüksek hızı aynı anda sağlamak önemli bir teknik zorluktur. Bunu başarmak için, mevcut teknolojileri basitçe iyileştirmek yerine yeni bir optik tespit yöntemi gerekmektedir.

Fotonların manyetik akı kuantumları üzerinden sayılması

Bir foton bir süperiletken tarafından soğurulduğunda, süperiletken fazın gradyanı kararsızlaşır ve bir çift manyetik akı kuantumu üretir. Bu manyetik akı kuantumları süperiletken üzerinden geçtikçe, faz kayması meydana gelir ve Josephson etkisiyle ortaya çıkan kuantumlanmış bir sinyal voltajı oluşur.

Bu çalışmada, bu kuantumlanmış sinyal voltajının gözlemi, düşen fotonların sayısının doğrudan belirlenmesine olanak tanımıştır.

Geleneksel süperiletken foton sayıcı dedektörleri, foton soğurulumundan sonra termal dengeye ulaştıktan sonra sıcaklık değişimlerini ölçmüştür. Buna karşılık, bu teknoloji ışık soğurulmasından hemen sonra meydana gelen süperiletken faz dinamiğini kullanır.

Termal yanıta beklenmesi gerekmemesi nedeniyle, bu yaklaşımın geleneksel yöntemleri aşan hızlı foton sayımı teknolojisine yol açması beklenmektedir.

Takeshi Jodoi et al., Direct observation of photon-induced vortices in superconducting films, Physical Review Applied (2026). DOI: 10.1103/n295-rfl8

Dergi bilgisi:
Physical Review Applied

Süperiletkenler
Optik teknikler

Yayınlayan:
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Bu haberin arkasında kim var?

BSc Life Sciences & Ecology. Microbiology lab background with pharmaceutical news experience in oil, gas, and renewable industries.

Full profile →

Bachelor’s in mathematical biology, Master’s in creative writing. Well-traveled with unique perspectives on science and language.

Full profile →

Citation

:
Counting magnetic flux quanta offers new way to measure photon numbers (2026, October 23)
retrieved 23 October 2026
from https://phys.org/news/2026-10-magnetic-flux-quanta-photon.html

This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, no
part may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.