据外媒报道，美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员制造出了迄今为止性能最高的相机之一，该相机由计算单个光子或光粒子的传感器组成，拥有1000多个传感器或像素，可能会在未来的天基望远镜中寻找其他行星上生命的化学迹象，并旨在寻找难以捉摸的“暗物质”的新仪器中发挥作用。
NIST的研究人员Varrun Verma解释了一种由纳米级线制成的新型NIST相机如何有效地捕获来自可能存在生命的太阳系外行星大气的光。
据《光学快报》对该相机的描述，该相机由超导纳米线制成的传感器组成，可以探测单个光子，在速度、效率和颜色灵敏度范围方面，它们是最好的光子计数器之一。例如，NIST的一个团队使用这些探测器来演示爱因斯坦的“鬼魅般的超距作用”。（近百年前，在爱因斯坦与玻尔关于量子力学特性的争论中，爱因斯坦对量子纠缠提出疑问，他采用了一个带有讽刺性的词汇：“鬼魅般的超距作用” (spooky action at a distance)。）
纳米线探测器在任何类型的光子传感器中暗计数率也最低，这意味着它们不计算不是光子引起的虚假信号。此功能对于暗物质搜索和天基天文学特别有用。但是，对于这些应用，需要比以前更多的像素和更大尺寸的相机，并且它们还需要检测红外波段远端的光线，其波长比目前实际使用的要长。
NIST的相机体积小巧，是一个边长为1.6毫米的正方形，但是装有1,024个传感器（32列x32行）来拍摄高分辨率图像。目前主要面临的挑战是如何找到一种方法来整理从如此多的检测器中获得的结果，而又不会让相机过热。研究人员用64个传感器组成的小型摄像机扩展了他们先前演示的“读出”结构，该摄像机将行和列的数据相加，从而满足了美国国家航空航天局（NASA）的要求。
NIST电子工程师Varun Verma说：“我制作这台相机的主要动机是美国宇航局的Origins Space Telescope项目，该项目正在研究使用这些阵列分析太阳系外围绕恒星运行的行星的化学成分。”他指出，地球大气中的每一种化学元素都会吸收一组独特的颜色。
NIST的高分辨率相机的显微照片，它由1,024个传感器组成，可对单个光子或光粒子进行计数。该摄像机是为未来的天基望远镜设计的，旨在寻找其他行星上的化学生命迹象。32 x 32传感器阵列被粉红色和金色导线围绕，这些导线连接到编译数据的电子设备。图片来源：V。Verma / NIST
Verma解释说：“这个想法是要观察穿过系外行星大气边缘的光的吸收光谱，因为它穿过系外行星大气的边缘。吸收特征可以显示大气中的元素，特别是那些可能产生生命的元素，例如水、氧气和二氧化碳。这些元素的特征是在中红外光谱和远红外光谱中，大面积单光子计数探测器阵列还不存在于光谱的区域，所以我们从NASA获得少量资金，看看是否能帮助解决这个问题。”
据悉，Verma和他的同事在制造上取得了很高的成功，99.5%的传感器工作正常。但是在所需波长处的检测器效率很低，提高效率是下一个要面临的挑战。研究人员未来还希望制造更大的相机，也许带有一百万个传感器。
另外，NIST相机可能有助于发现暗物质，世界各地的研究人员一直未能找到所谓的弱相互作用的质量粒子（WIMP），他们正在考虑寻找能量和质量都较低的暗物质。超导纳米线探测器有望计算稀有低能暗物质的发射，并从背景噪声中识别真实信号。
据了解，这款新相机是由位于科罗拉多州博尔德市的NIST的微型制造工厂，经过复杂的工艺制作而成的。探测器在切成芯片的硅晶片上制造，由钨和硅的合金制成的纳米线长约3.5毫米，宽180纳米（nm），厚3 nm，电线是由超导铌制成的。另外，该相机的性能是由位于加利福尼亚帕萨迪纳的加利福尼亚理工学院喷气推进实验室（JPL）测量的，JPL从事深空光通信工作，因此拥有必要的电子设备。