NIST科学家在检测超微弱光源的强度方面取得了世界纪录，与哈勃太空望远镜上的深空仪器的功能相当，但运算速度提高了100倍，并且精度相当。

　　他们在开发“通用量子总线”的过程中这样做了，这是一种新颖的系统，允许量子计算机的各个组件之间进行光子连接，每个组件可以在非常不同且狭窄的光子频率范围内工作。NIST物理测量实验室团队最近在《光学快报》上发表的一份新报告的第一作者伊万·布伦科夫(Ivan Burenkov)说，新的信号转换方案“提供了以不同频率工作的不同材料系统之间的量子联系”。。

　　传统的计算机以多种方式以多种方式管理数据：它们将信息作为电荷处理在硅芯片(集成电路中的微型晶体管)中，以磁性形式存储在硬盘中，并以光子形式通过光纤传输。类似地，量子电路可能必须通过光子在量子点，原子团，捕获的离子或其他材料系统之间传递信息。

　　问题在于这些组件中的每个组件对光频率的响应都非常不同。由一个组件(例如量子点)产生的信号可能必须转移到捕获的离子上，该离子仅对光子敏感，且其频率比原始点信号高得多。为了弥合这一差距，需要使用能够保持信号光子的脆弱量子态而不增加噪声的变频器。

　　为了实现这一目标，研究人员采用了一种称为“上转换”的光学技术，其中将能量相对较低的光子(输入信号)与“泵浦”光束组合，然后通过特殊的“非线性”光束。水晶。通过晶体时，输入和泵浦的能量会结合在一起，从而产生频率更高，因此能量更高的单个输出光子。(这是上转换中的“上”。)

　　该技术的一个持续存在的难题是，泵浦光束可能包含如此之多的能量，以至于当其撞击晶体时，它会以有害光子的形式产生大量的“噪声”，从而淹没微妙的量子态。

　　“当我们发现泵浦频率和信号频率之间的间隔应该相当大以便获得相对无噪声的上变频器时，我们就解决了这个问题，” Burenkov说。

　　该项目团队使用了1550纳米(nm，十亿分之一米)的标准电信波长的连续高功率光的泵浦光束，并将其与920 nm的近红外波长的输入光子合并。上转换后的输出光子是可见的黄色，波长为577 nm。这些波长之间的宽间隔大大降低了背景发射。

　　但是，这仍然给检测和测量剩余的非常小的背景留下了巨大的困难。研究人员发现，他们的上变频器以每小时大约100个的速率产生背景光子。这在比例上相当于来自最暗的遥远天文物体的微弱光线。

　　要捕获和表征这种微弱的光，需要一个非常灵敏的光子检测器。该团队采用了由美国国家标准技术研究所(NIST)的科罗拉多州博尔德分校研发的设备，称为过渡边缘传感器(TES)。它在绝对零值以上0.1开尔文下工作，并包含一薄层超导材料，小电流流过该薄层。当光子撞击股线时，它会短暂升高温度，从而导致电阻峰值和相应的电流下降，并记录为波形。不同的波长会产生明显不同的波形，并且该差异可用于区分噪声。NIST科学家能够通过确定哪些波形与不同的背景光子波长相关联来校准TES。