Rivelatore a singolo fotone per comunicazioni quantiche sicure e superveloci
Realizzati su richiesta con proprietà quantistiche ben definite, i singoli fotoni offrono un insieme di capacità senza precedenti che sono di importanza rivoluzionaria nei moderni campi della ricerca, come le informazioni quantistiche, la diagnostica medica, il telerilevamento, la fotografia e l’astronomia. Supportati in parte dai finanziamenti dell’UE, i ricercatori del progetto Qdet hanno sviluppato un innovativo rivelatore che rende più complessi e veloci gli esperimenti quantistici complessi. «Il nuovo sistema prototipo di Qdet è il primo a rilevare singoli fotoni nella regione del vicino infrarosso con efficienza quasi unitaria, rumore ultra-basso e risoluzione ultra-alta», osserva il dott. Sander Dorenbos, amministratore delegato di Single Quantum, partner del progetto. Sfruttare i progressi della superconduttività I ricercatori del progetto hanno costruito il successo di un nuovo tipo di rivelatore basato su nanofili superconduttori che è stato recentemente introdotto sul mercato da Single Quantum. «I rivelatori a singolo fotone a nanofili superconduttori (SNSPD) sono significativamente migliori per l’efficienza di rilevamento dei fotoni rispetto alle loro controparti semiconduttive che sono ancora ampiamente utilizzate nei laboratori di ricerca e nell’industria», osserva Dorenbos. L’SNSPD è un rivelatore nel vicino infrarosso composto da una pellicola sottile e stretta di materiale superconduttore. È modellato in forma di nanofilo a meandri compatta, attraverso processi di nanofabbricazione. Il nanofilo è raffreddato ben al di sotto della sua temperatura critica superconduttiva e polarizzato con una corrente vicina alla corrente critica superconduttiva del nanofilo. Il principio di rilevamento si basa sulla transizione del nanofilo da uno stato superconduttore a uno resistivo. Una volta che un singolo fotone viene assorbito nel nanofilo a meandri, la superconduttività si rompe localmente. Di conseguenza, la corrente è diretta verso l’elettronica di amplificazione e crea un impulso di tensione. La superconduttività si riprende in breve tempo e l’SNSPD è pronto per rilevare il prossimo fotone. Ad oggi, gli SNSPD sono i rivelatori più veloci che contano singoli fotoni, consentendo molte applicazioni rivoluzionarie nelle tecnologie dell’informazione quantistica. «Il nostro sistema prototipo supera nettamente i rivelatori di ultima generazione di diversi ordini di grandezza», osserva Dorenbos. Funzionamento ottimizzato per il vicino infrarosso Una trasmissione sicura di informazioni quantistiche su lunghe distanze richiede rivelatori ultraveloci e uno schema di memoria quantico che sia fattibile almeno per il tempo di trasmissione. «Il rivelatore a singolo fotone di Qdet rappresenta un’importante aggiunta alla cassetta degli attrezzi quantistica che dovrebbe consentire lo scambio e l’elaborazione delle informazioni con totale sicurezza», aggiunge Dorenbos. Il team del progetto ha perfezionato il rivelatore di luce Single Quantum per operare a 795 nm. Questa lunghezza d’onda facilita la sperimentazione con tecniche di memoria quantistica che memorizzano fotoni in un gas di atomi di rubidio poiché gli atomi di rubidio emettono a questa precisa lunghezza d’onda. Il sensore quantico di Qdet che opera nella regione del vicino infrarosso completa egregiamente la gamma di prodotti dell’azienda, che ora include rivelatori ad alte prestazioni ottimizzati per lunghezze d’onda fondamentali: 1 300 nm e 1 550 nm per la ricerca sulla comunicazione ottica, 900 nm per i punti quantici e 1 060 nm per il rilevamento della luce e la gamma, per citarne alcuni.
Parole chiave
Qdet, vicino infrarosso, informazioni quantistiche, rivelatore a singolo fotone a nanofili superconduttori (SNSPD), Single Quantum, memoria quantistica, comunicazioni quantistiche
