Camere EMCCD Andor Technology per studi di Imaging Quantistico con fotoni entangled

L'entanglement quantistico si verifica quando due particelle rimangono correlate, anche a grande distanza, in modo tale che le variazioni sullo stato quantico di una abbiano un effetto istantaneo sull'altra; lo stato quantico deve essere descritto per il sistema nel suo insieme.

La comprensione del fenomeno di correlazione quantistica tra fotoni ha assunto negli ultimi anni notevole rilevanza nello sviluppo dei settori delle comunicazioni quantistiche, della crittografia quantistica, dell'informatica quantistica e persino della microscopia quantistica.

Il mondo dell’imaging quantistico apre le porte alla tecnica “Ghost Imaging”, in cui le immagini relative a due fasci di luce correlati (entangled) vengono acquisite contemporaneamente da camere diverse. Un oggetto lungo il percorso di uno dei due fasci luminosi creerà uno schema di assorbimento su entrambi i detector, anche se il secondo fascio non è mai stato in contatto con l'oggetto.

Figura 1.  Ologrammi di un oggetto a forma di “smiley” generati tramite l’entanglement quantistico.Immagine ottenuta dal Dr. Hugo Defienne e dai suoi collaboratori dell'Università di Glasgow.

L’imaging di sistemi di fotoni correlati richiede l’impiego di rilevatori ultrasensibili in grado di registrare e contare eventi di singoli fotoni e coppie di fotoni con un'eccellente discriminazione rispetto al rumore di fondo. Il flusso di lavoro degli esperimenti di entanglement quantistico, inoltre, richiede la capacità di acquisire immagini ad elevato frame rate al fine di velocizzare la costruzione dell'immagine attraverso il conteggio dei fotoni.

Caratterizzate da una sensibilità al singolo fotone e da Efficienza Quantica > 90%, le camere basate su tecnologia Electron Multiplying CCD (EMCCD) rappresentano la soluzione più avanzata e leader per gli studi che si basano su fotoni intrinsecamente correlati. Ulteriore vantaggio di questi detectors è che la sensibilità al singolo fotone viene preservata anche in condizioni di elevato frame rate, contrariamente ai tradizionali CCD per i quali, invece, è richiesto un compromesso.

Nonostante i numerosi vantaggi offerti dell’imaging quantistico, ci sono alcune problematiche significative che devono essere superate prima che si possa trarre beneficio dal potenziale di questa tecnologia. Una delle sfide più grandi è la necessità di dotarsi di strumentazione e competenze altamente specializzate per creare e manipolare sistemi quantistici, il che può essere costoso e richiedere molto tempo. Un’altra sfida è la necessità di adottare algoritmi sofisticati e tecniche avanzate di elaborazione dei dati per estrarre informazioni utili dalle immagini quantistiche.

La tecnologia EMCCD, o anche "on-chip multiplication", è una tecnologia innovativa introdotta per la prima volta nella comunità dell'imaging scientifico digitale da Andor Technology nel 2001 con il lancio della piattaforma di camere EMCCD Serie iXon, rilevatori di fascia alta e di elevata sensibilità. Nel corso degli anni questa tecnologia è stata perfezionata dando vita alle camere EMCCD di ultima generazione Serie iXon Ultra che offrono impareggiabile sensibilità combinata ad un elevato frame rate.

Per esperimenti di entanglement quantistico, la Andor Technology raccomanda l’impiego della camera EMCCD iXon Ultra 897 basata su sensore back-illuminated. La Serie iXon Ultra è la piattaforma di EMCCD Andor Technology di provata e consolidata reputazione scientifica per il rilevamento di singoli fotoni ad alto rendimento.

Con sensore in vuoto raffreddato fino a -100 °C e caratterizzate da Spurious Noise estremamente basso, le camere EMCCD iXon Ultra permettono la discriminazione del singolo fotone e della coppia di fotoni necessaria per completare con successo i più impegnativi esperimenti di entanglement quantistico soddisfacendo i seguenti requisiti:

Qualità e longevità

Le camere EMCCD Serie iXon Ultra sono realizzate con tecnologia brevettata Andor UltraVacTM, e vengono fornite con 7 anni di garanzia sull’integrità dell’enclosure del sensore e della sua permanenza in condizioni di vuoto.

Il provato processo Andor per la realizzazione del vuoto permanente è fondamentale non solo per l’efficienza del sistema di raffreddamento ma anche per la protezione a lungo termine del sensore back-illuminated da infiltrazioni di umidità e agenti contaminanti.

Risultato: prestazioni elevate e costanti, anno dopo anno.

Con le camere Serie iXon Ultra con sensibilità al singolo fotone, il nostro partner Andor Technology offre una piattaforma di detector scientifici per l’Imaging Quantistico, di fascia molto alta ma ancora accessibile, progettata specificamente per ottenere il meglio dalla tecnologia EMCCD:

Sensibilità al singolo fotone

Sensori Back-illuminated con QE > 95%

Raffreddamento fino a -100 °C per la minimizzazione del dark noise

Elevati frame rates

Per saperne di più sulle camere EMCCD Andor iXon Ultra:

https://qd-europe.com/it/it/prodotto/camere-emccd/

Per saperne di più sull’impiego delle camere EMCCD Andor iXon Ultra per l’Imaging Quantistico con fotoni entangled guarda il webinar del Dr. Hugo Defienne dell’Università di Glasgow:

Using EMCCD Cameras in Quantum imaging with entangled photons - Oxford Instruments