引言

在量子科技飛速發(fā)展的今天，對(duì)光的探測(cè)能力，往往決定著我們探索未知的邊界。傳統(tǒng)CMOS相機(jī)在弱光環(huán)境下常顯得力不從心，而EMCCD雖靈敏度高，卻受限于噪聲與分辨率。直到qCMOS的出現(xiàn)，科學(xué)成像的范式被徹底顛覆。

然而，真正的量子突破，從來(lái)不是單一設(shè)備的勝利，而是整個(gè)系統(tǒng)的高度協(xié)同。今天，我們不僅要介紹qCMOS這一革命性的成像技術(shù)，也要向您展示：東方閃光可以為您提供從量子態(tài)產(chǎn)生、調(diào)控、探測(cè)到環(huán)境支撐的全鏈條量子技術(shù)解決方案。

01、qCMOS：為什么被稱為“科學(xué)相機(jī)的革命”?

qCMOS，即“定量互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”圖像傳感器，是濱松公司推出的一項(xiàng)突破性技術(shù)。它不僅在靈敏度上達(dá)到單光子級(jí)別，更實(shí)現(xiàn)了光子數(shù)分辨(Photon Number Resolution, PNR)，能夠精確區(qū)分0、1、2、3…個(gè)光子事件，這是以往任何成像技術(shù)都難以企及的精度。

02、三大突破，重新定義成像極限

1.超低噪聲：0.25電子中值讀出噪聲

在超靜音掃描模式下，qCMOS的讀出噪聲低至0.25電子，幾乎可以忽略不計(jì)。這意味著即使在極弱光條件下，相機(jī)也能捕捉到真實(shí)的光子信號(hào)，而非噪聲。

2.光子數(shù)解析：看得見(jiàn)每一個(gè)光子

qCMOS不僅能“看到”光子，還能“數(shù)出”光子的個(gè)數(shù)。這對(duì)于量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)、單光子源表征、量子態(tài)層析等應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是質(zhì)的飛躍。

3.高分辨率與大靶面：940萬(wàn)像素，視野更廣闊

搭載4096 × 2304像素的高分辨率傳感器，qCMOS在保持高精度的同時(shí)，覆蓋更大的成像區(qū)域，非常適合大規(guī)模量子比特陣列、冷原子云等系統(tǒng)的成像需求。

03、qCMOS在量子科技中的核心應(yīng)用

量子計(jì)算：實(shí)現(xiàn)對(duì)中性原子、離子阱中量子比特的高保真度熒光成像與讀取。

量子成像：用于量子關(guān)聯(lián)成像、鬼成像等，提升成像質(zhì)量與信噪比。

單光子源表征：精確分析光子統(tǒng)計(jì)特性，驗(yàn)證單光子純度。

冷原子物理：觀測(cè)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體、光學(xué)晶格中的原子分布等。

qCMOS在保持高靈敏度的同時(shí)，提供了無(wú)與倫比的定量精度與空間細(xì)節(jié)，是量子科研中靜態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)成像的理想工具。

04、qCMOS在量子前沿研究中的身影

大阪大學(xué)使用ORCA-Quest 2對(duì)銣原子量子比特陣列進(jìn)行熒光成像，為大規(guī)模量子處理器開(kāi)發(fā)提供關(guān)鍵支持。

使用 ORCA-Quest 對(duì) Rb 原子陣列進(jìn)行熒光成像

由大阪大學(xué)山本隆教授和小林俊輝助理教授提供

格拉斯哥大學(xué)利用該相機(jī)成功完成量子關(guān)聯(lián)成像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了量子成像在低光照條件下的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

使用 ORCA-Quest 進(jìn)行量子成像的實(shí)驗(yàn)裝置

使用 ORCA-Quest 進(jìn)行量子成像的圖像

由格拉斯哥大學(xué) Miles Padgett 教授提供

qCMOS不僅是一臺(tái)相機(jī)，更是科學(xué)家眼中的“光子計(jì)數(shù)器”。它將成像從“看得見(jiàn)”推向“看得清、數(shù)得準(zhǔn)”的新高度，為量子通信、量子計(jì)算、量子傳感等領(lǐng)域提供了前所未有的探測(cè)能力。

05、結(jié)語(yǔ)

二十年光學(xué)積淀，開(kāi)啟量子新程——我們不僅是儀器供應(yīng)商，更是您在量子時(shí)代的架構(gòu)伙伴。

在東方閃光構(gòu)建的量子技術(shù)系統(tǒng)生態(tài)中，qCMOS只是感知層的一環(huán)。要構(gòu)建一個(gè)完整、穩(wěn)定、高性能的量子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，您可能還需要以下關(guān)鍵模塊的協(xié)同支持：

1.量子光源系統(tǒng) · 信息的“發(fā)射機(jī)”

精密激光系統(tǒng)：具備原子級(jí)頻率精度，為量子計(jì)算與模擬提供穩(wěn)定、純凈的光學(xué)基準(zhǔn)。

2.量子調(diào)控系統(tǒng) · 過(guò)程的“指揮家”

濱松LCOS-SLM：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光場(chǎng)的精密調(diào)控，支持任意波前塑造與空間編碼;多通道數(shù)字延遲脈沖發(fā)生器：10ps級(jí)超高精度時(shí)序控制，確保全系統(tǒng)同步運(yùn)行。

3.量子探測(cè)系統(tǒng) · 信號(hào)的“感知網(wǎng)”

Single Quantum超導(dǎo)納米線探測(cè)器：探測(cè)效率≥90%，暗計(jì)數(shù)<1 cps，接近物理極限;逐光2DSPC單光子相機(jī)：500ps超快門控，實(shí)現(xiàn)真正二維單光子成像;LINCam時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)相機(jī)：40ps時(shí)間戳精度，同步解析光子時(shí)空信息。

4.光譜分析與濾波系統(tǒng) · 信號(hào)的“凈化器”

MS系列影像校正光譜儀：覆蓋185nm–60μm波段，最高分辨率達(dá)0.002nm;窄帶干涉濾光片：峰值透過(guò)率≥98%，阻帶抑制比OD8，確保光譜純度。

5.環(huán)境支撐系統(tǒng) · 系統(tǒng)的“基礎(chǔ)底座”

Cryodyne?極低溫制冷機(jī)：提供<10K的穩(wěn)定超低溫環(huán)境;On-Board?高真空低溫泵：無(wú)油真空方案，保障量子器件的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定;Polycold?低溫深冷機(jī)：革命性水汽控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高真空純凈度。

如果您正在：搭建新的量子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)的探測(cè)或調(diào)控能力、尋求從概念到落地的完整技術(shù)方案，歡迎聯(lián)系閃光科技，獲取定制化的量子技術(shù)系統(tǒng)方案。我們提供的不只是先進(jìn)的儀器，更是一套高度集成、深度協(xié)同、即插即用的量子技術(shù)系統(tǒng)解決方案。從模塊選型到系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，從光學(xué)搭建到軟件控制——我們?cè)敢远昙夹g(shù)積淀，助您直向量子科研前沿。

審核編輯 黃宇