Detektor pojedynczych fotonów umożliwia bezpieczną i superszybką komunikację kwantową
Pojedyncze fotony, produkowane na żądanie i posiadające dobrze określone właściwości kwantowe, oferują niespotykany wcześniej zbiór cech, które mają rewolucyjne znaczenie dla nowoczesnych dziedzin badawczych, takich jak informacje kwantowe, diagnostyka medyczna, teledetekcja, fotografia czy astronomia. Wspierani częściowo z funduszy UE badacze z projektu Qdet opracowali innowacyjny detektor, który ułatwia i przyspiesza przeprowadzanie złożonych eksperymentów kwantowych. „Nowy prototyp systemu Qdet jest pierwszym urządzeniem, które wykrywa pojedyncze fotony w obszarze bliskiej podczerwieni ze sprawnością bliską jedności, ultraniskim szumem i ultrawysoką rozdzielczością czasową”, wyjaśnia dr Sander Dorenbos, dyrektor generalny Single Quantum, partnera projektu. Wykorzystanie postępów w dziedzinie nadprzewodnictwa Badacze z projektu wykorzystali zalety nowego typu detektora opartego na nanoprzewodach nadprzewodnikowych, który został niedawno wprowadzony na rynek przez Single Quantum. „Nadprzewodnikowe nanoprzewodowe detektory pojedynczych fotonów (SNSPD) mają znacznie lepszą wydajność detekcji fotonów w porównaniu z ich półprzewodnikowymi odpowiednikami, które są nadal powszechnie stosowane w laboratoriach badawczych i przemyśle”, zauważa Dorenbos. SNSPD to detektor bliskiej podczerwieni, który składa się z cienkiej i wąskiej warstwy materiału nadprzewodzącego. Jest on formowany w zwarte meandrowane nanoprzewody przy pomocy metod nanofabrykacji. Nanoprzewód jest schładzany znacznie poniżej krytycznej temperatury nadprzewodnictwa i polaryzowany prądem zbliżonym do krytycznego prądu nadprzewodnictwa nanoprzewodu. Zasada detekcji opiera się na przejściu nanoprzewodu od stanu nadprzewodnikowego do opornościowego. Po wchłonięciu pojedynczego fotonu w meandrującym nanoprzewodze, nadprzewodnictwo jest lokalnie łamane. W rezultacie prąd jest kierowany w stronę elektroniki wzmacniającej i wytwarza impuls napięciowy. Nadprzewodnictwo powraca po krótkim czasie i SNSPD jest gotowy do wykrycia następnego fotonu. Jak dotąd SNSPD są najszybszymi detektorami zliczającymi pojedyncze fotony, co pozwala na stworzenie wielu przełomowych zastosowań w technologiach informacji kwantowej. „Nasz prototypowy system przewyższa skutecznością nowoczesne czujki o kilka rzędów wielkości”, zauważa Dorenbos. Optymalizacja działania do bliskiej podczerwieni Bezpieczne przesyłanie informacji kwantowych na duże odległości wymaga ultraszybkich detektorów i schematu pamięci kwantowej, który będzie działać przynajmniej przez czas transmisji. „Detektor pojedynczych fotonów Qdeta stanowi ważne uzupełnienie zestawu narzędzi kwantowych, który powinien umożliwić całkowicie bezpieczną wymianę i przetwarzanie informacji”, dodaje Dorenbos. Zespół udoskonalił detektor światła Single Quantum, aby umożliwić pracę przy 795 nm. Ta długość fali ułatwia eksperymentowanie z technikami pamięci kwantowej, które przechowują fotony w gazie atomów rubidu, ponieważ atomy rubidu emitują promieniowanie o tej samej długości fali. Detektor kwantowy Qdet pracujący w obszarze bliskiej podczerwieni poszerza ofertę firmy, która obecnie obejmuje wysokowydajne detektory zoptymalizowane pod kątem kluczowych długości fal: 1 300 nm i 1 550 nm stosowane w badaniach nad komunikacją optyczną, 900 nm dla kropek kwantowych i 1 060 nm w przypadku detekcji i pomiaru światła.
Słowa kluczowe
Qdet, bliska podczerwień, informacja kwantowa, nadprzewodnikowe nanoprzewodowe detektory pojedynczych fotonów (SNSPD), Single Quantum, pamięć kwantowa, komunikacja kwantowa
