Hochsensible Einzelphotonendetektoren kurz vor der Kommerzialisierungsphase
Einzelphotonendetektoren sind entscheidende Komponenten für viele bestehende und neu entstehende Technologien. Doch im Gegensatz zu ihren halbleiterbasierten Entsprechungen eignen sich supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren deutlich besser zur effizienten Photonenerkennung, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen. Das EU-finanzierte Projekt SQP (Bringing to market the single quantum photon detector) hat einen Einzelphotonendetektor auf der Basis einer supraleitenden Technologie entwickelt, die zu den schnellsten und empfindlichsten Lichtsensoren auf dem Markt gehört. Im Vordergrund stand das Ziel, neue Möglichkeiten zur Kommerzialisierung dieser bahnbrechenden Technologie für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen auszuloten. Technologischer Ausbau für einen breiteren Markt Bisher arbeiten vornehmlich Wissenschaftler mit Einzelphotonen. Quantencomputer-Anwendungen gehörten zu den wichtigsten Vorläufern, die der beschleunigten Entwicklung von Einzelphotonendetektoren zugrunde lagen. Vor fünf Jahren führte Single Quantum supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren auf dem wissenschaftlichen Markt ein. „Das Unternehmen erkannte die Chance zur Entwicklung dieses Produkts, nachdem eine starke Marktnachfrage von Physikern aus der ganzen Welt zu einer Umsatzsteigerung von 200 000 EUR im Jahr 2013 auf 1,6 Millionen EUR im Jahr 2016 führte“, so Sander Dorenbos, CEO von Single Quantum. Die Machbarkeitsstudie des Unternehmens diente vor allem dem Ziel, verschiedene Möglichkeiten aufzuzeigen und zu bewerten, um den Markt für das Produkt über den Bereich der wissenschaftlichen Quantentechnologie hinaus auf ein breiteres Spektrum von Anwendungen und Benutzern auszuweiten. „Die Arbeit mit individuellen Lichtpartikeln ist für die verschiedensten Bereiche von praktischer Relevanz. Einzelphotonen bieten viel Potenzial für Bioimaging, Mikroelektronik und Lichtradarsysteme“, so Dr. Sander Dorenbos. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie konnte das Unternehmen erste Kunden in diesen verschiedenen Märkten gewinnen. Um einen profunderen Einblick in potenzielle Märkte zu gewinnen, strebte die Machbarkeitsstudie eine genaue Definition der Systemspezifikationen, einer soliden Preisspanne und der erforderlichen Zertifizierungen an, um dem Produkt den Einstieg auf einem breiteren Markt zu ermöglichen. Technologie mit bahnbrechendem Potenzial Konkurrenztechnologien sind durch eine geringe Detektionseffizienz, beschränkte Zeitauflösung und einen hohen Rauschpegel eingeschränkt und produzieren daher eine eher geringe Bildqualität. „Single Quantum bietet Einzelphotonendetektoren mit einer ausgezeichneten Marktentwicklung an. Da es sich hier um die empfindlichsten Lichtsensoren handelt, die je entwickelt wurden, sind sie für all jene Anwendungen, die unter sehr schwachen Lichtverhältnissen durchgeführt werden, von ganz besonderer Relevanz“, so Dr. Sander Dorenbos. „Unsere bahnbrechende Technologie basiert auf der Detektion von Einzelphotonen durch supraleitende Nanodrähte, die neben einer hohen Detektionseffizienz außerdem eine herausragende Zeitauflösung und Rauschleistung ohne Einbußen bietet. Diese revolutionäre Technologie arbeitet, was die minimale Lichtintensität betrifft, an der fundamentalen physikalischen Grenze“, so Dr. Dorenbos weiter. Single Quantum bietet als Lösung einen supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektor mit Kreislaufsystem an, der im Nahinfrarotbereich eine unerreichte Detektionseffizienz besitzt. Er zeichnet sich durch geringes Zeittaktzittern („Jitter“), geringe Dunkelzählraten und eine robuste Faserkopplung aus und ermöglicht die Breitband-Photonendetektion. Sein benutzerfreundliches „Plug and Play“-Design benötigt kein Helium. Die Projektpartner sehen großes Potenzial für ihre Technologie, insbesondere im Bereich der Anwendungen, bei denen höchste Empfindlichkeit gefragt ist. Das Unternehmen, das inzwischen 15 Ingenieure beschäftigt, wird bald für die Produktionsskalierung und Optimierung seines Geschäftsplans aufgestellt sein, um sein Produkt auf eine breitere kommerzielle Basis zu stellen. So können Systeme zur Einzelphotonendetektion auf der Basis von supraleitenden Nanodrähten beispielsweise die Qualität und Empfindlichkeit medizinischer Bildgebungsverfahren verbessern, Prozessorherstellern die Mängelprüfung ihrer Produkte erleichtern und sogar schnelles, hochauflösendes 3D-Mapping in LIDAR-Systemen ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
SQP, Einzelphotonendetektoren, Single Quantum, supraleitender Nanodraht, Bioimaging, Mikroelektronik, LIDAR, Systeme zur Lichterkennung und Lichtentfernungsmessung
