Des chercheurs américains sont parvenus à mettre au point une caméra à base de nanofils supraconducteurs, capable de détecter des photons individuels avec une définition 400 fois supérieure à celle existante à ce jour. Leur méthode est extensible et devrait permettre de créer des capteurs avec une définition encore plus élevée, et suffisamment sensible pour voir l’intérieur du cerveau.
Les détecteurs à photons uniques sont capables de capturer des photons individuels, mais ils sont limités à quelques pixels et souvent assez volumineux. Toutefois, une nouvelle caméra, bien plus performante et compacte, pourrait ouvrir la voie à de nombreuses avancées dans différents domaines. Des chercheurs de l’Institut national pour les standards et la technologie (Nist) aux États-Unis ont réussi à créer une nouvelle caméra à photons avec une définition 400 fois supérieure à la meilleure existant actuellement.
L’appareil est un détecteur de photons uniques à base de nanofils supraconducteurs (SNSPD). Cette caméra peut détecter différentes fréquences lumineuses, de l’ultraviolet à l’infrarouge, en passant par le spectre visible, et capturer des images en quelques picosecondes. Chaque pixel est composé d’un nanofil refroidi à une température de 0,8 degré Kelvin (-272,35 °C) afin d’être supraconducteur. Le nanofil est alimenté de manière à ce qu’il perde sa supraconductivité lorsqu’il est heurté par un photon.
Une matrice d’éléments chauffants pour collecter les données
Connecter individuellement un million de nanofils refroidis de cette manière serait impossible. Les chercheurs ont alors essayé d’y intégrer un bus de données connecté à tous les détecteurs sur une rangée ou colonne, simplifiant ainsi le câblage et limitant le nombre de fils qui connectent l’appareil collectant les données aux détecteurs placés dans un cryostat. Toutefois, ce système a créé beaucoup d’interférences.
Les chercheurs ont donc eu l’idée d’intégrer des éléments chauffants qui se déclenchent lorsque le nanofil perd sa supraconductivité. Ils chauffent le bus de données qui est également supraconducteur. Le bus perd sa supraconductivité sur ce point, ce qui peut être détecté et transmis. Ce système permet d’isoler le bus de données des détecteurs et évite toute interférence.
Un système suffisamment sensible pour voir l’intérieur du cerveau
Les chercheurs ont ainsi réussi à construire une matrice de détecteurs de 800 lignes par 500 colonnes, pour une définition totale de 400 000 pixels. Grâce à leur système de bus de données et d’éléments chauffants, le système est extensible et devrait permettre la création de caméras supraconductrices grand format capables de détecter une large plage du spectre électromagnétique.
Ce type de caméra haute précision pourrait permettre des avancées dans les domaines de l’informatique quantique, l’exploration spatiale et les communications. Toutefois, le domaine le plus prometteur est l’imagerie cérébrale, offrant un système non intrusif en utilisant la lumière. La caméra serait capable de détecter le peu de lumière qui traverse la tête, permettant d’obtenir des images du cerveau entier en temps réel.
