چه کاری می توان با دوربین ۴۰۰ هزار پیکسلی انجام داد؟

دانشمندان به تازگی دوربین فوق رسانای ۴۰۰ هزار پیکسلی طراحی کرده‌اند که کمک بسیار بزرگی به بشر می‌کند. در اینجا با کاربردهای آن آشنا شوید.

دانشمندان در موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) دوربینی را با قابلیت فوق‌رسانایی معرفی کرده‌اند که می‌تواند دید و نگرش ما از جهان را بازتعریف کند. در حالی که بیش از دو دهه است که دوربین‌های ابر رسانا کم نورترین نورهای کیهان را ثبت می‌کنند، دوربین جدید با بهبود چششویری در وضعیت هنری، از چند هزار پیکسل به ۴۰۰ هزار پیکسل رسیده است. اما این دوربین ۴۰۰ هزار پیکسلی چه کاری انجام می‌دهد؟

تصویربرداری از جهان فوتون

دوربین‌های ابررسانا دوربین‌های جدیدی نیستند. این دستگاه‌ها که در ثبت سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف، موفق هستند، بیش از دو دهه است که وجود دارند. برخلاف دوربین‌های سنتی که برای ثبت طیف گسترده‌ای از نور، به حسگرهای مبتنی بر نیمه‌رساناها نیاز دارند، دوربین‌های فوق رسانا می‌توانند فوتون‌های تکی را شناسایی کنند، که باعث می‌شود برای ثبت منابع نوری ضعیف مانند ستارگان دوردست یا کهکشان‌ها بسیار کارآمد باشند.

وقتی این دوربین‌ها در حد صفر مطلق خنک می‌شوند، جادوی واقعی رخ می‌دهد. در این دما، جریانات الکتریکی بدون مقاومت جریان پیدا می‌کنند که این پدیده به نام «فوق رسانایی» شناخته می‌شود.

وقتی یک فوتون (یک ذره نور) به حسگر دوربین برخورد می‌کند، جریان را در یک پیکسل خاص مختل می‌کند. با نقشه‌برداری این اختلالات در سراسر شبکه دوربین، دانشمندان می‌توانند تصویری را تشکیل دهند. اما محدودیتی که وجود داشت این بود که این دوربین‌ها چند هزار پیکسلی بودند و پتانسیل آن‌ها محدود بود.

دوربین ۴٠٠ هزار شواپیکسلی برای کشف رازهای کیهان

محققان در NIST، در همکاری با Jet Propulsion Laboratory ناسا و دانشگاه کلرادو بولدر، این محدودیت را رفع کردند و یک دوربین ۴۰۰ هزار پیکسلی ساختند. این مدل ۴۰۰ برابر خیره‌کننده‌تر از مدل‌های قبلی است.

تا به حال، افزودن پیکسل‌های بیشتر به دوربین‌های ابررسانا چالش بزرگی بوده است. این مانند تلاش برای اتصال هر خانه در یک شهر به منبع آب خودش است. هر پیکسل در دوربین برای کارکرد به اتصال خودش به سیستم خنک کننده نیاز دارد. با میلیون‌ها پیکسل، این تقریباً غیرممکن به نظر می‌رسید.

اما با ترکیب هوشمندانه سیگنال‌های بسیاری از پیکسل‌ها بر روی چندین نانوسیم، تیم موفق به اجتناب از این مشکل شد. با الهام گرفتن از فناوری‌های موجود، آن‌ها یک سیستم را طراحی کردند که یک سیم توانایی خواندن داده‌ها را از یک ردیف یا ستون کامل از پیکسل‌ها دارد. این مانند بازی tic-tac-toe است، جایی که هر نقطه تلاقی یک پیکسل است. حسگرها می‌توانند تفاوت‌های زمانی در ورودی سیگنال‌های به اندازه ۵۰ تریلیون‌مین ثانیه را تشخیص دهند. همچنین می‌توانند تا ۱۰۰ هزار فوتون در ثانیه را که به شبکه برخورد می‌کنند، بشمارند.