Quantum dots muliggør hurtigere, lettere fotondetektering, mere sikre data

Et team af forskere, herunder U ved et ingeniør- og fysikfakultet, har udviklet en ny metode til at detektere enkeltfotoner, eller lette partikler, ved hjælp af kvantepunkter.

Enkelt foton detektion er et centralt element for at muliggøre brug af kvanteinformation, en metode til overførsel af oplysninger, der er meget hurtigere og mere sikker end nuværende metoder. Denne teknologi har også andre applikationer, herunder biologisk og medicinsk billeddannelse, spektroskopi, og astronomisk observation.

Shui-Qing "Fisher" Yu, lektor i elektroteknik; Greg Salamo, fornem professor i fysik; og Yang Zhang, dengang en postdoktor i elektroteknik, arbejdet sammen med kolleger fra Dartmouth og University of Wisconsin om denne forskning, som for nylig blev udgivet af ACS Photonics .

Quantum information bruger forskellige kvantetilstande af partikler, såsom polarisering eller fase, at kode information. Fordi kvanteinformation ikke er begrænset til dem og nuller, der bruges til at kode digital information, denne teknologi kan overføre en stor mængde information meget sikkert.

Da kvanteinformation kan overføres ved hjælp af en uendelig mængde kvantetilstande, afsender og modtager skal begge blive enige om, hvilken tilstand de bruger til at kode og fortolke dataene. En udenforstående, der opfanger signalet, ville have ringe måde at læse det på uden denne viden.

En foton er en mængde lys. Når en foton kommer ind i en detektor i et kvanteinformationssystem, dens energi overføres til en elektron, og dette resulterer i en strøm eller en spænding. Denne effekt er så lille, selvom, at det er svært at opdage. Andre designs til foton detektorer løser dette problem ved at bruge en enhed kaldet en lavine fotodiode til at forstærke strømmen eller spændingen, men denne fremgangsmåde har en tendens til at tilføre forsinkelser til detektionen og øger baggrundsstøj.

Den nye tilgang skabt og modelleret af disse forskere bruger en kvantepunkt, som er en halvleder nanoskala partikel, at detektere enkelte fotoner. Sammenlignet med andre metoder, ændringen i spænding forårsaget af en enkelt foton i denne detektor er stor, med et lavt baggrundsstøjniveau.

Yu sammenlignede dette med at tilføje en dråbe vand til en beholder. "Hvis du putter en dråbe vand i en stor tank, den forandring er svær at se, "sagde han." Men hvis du putter en dråbe vand i en meget lille beholder, du kan lettere se ændringen. "I forskernes design, elektronen er i en lille beholder - kvantepunktet.

Forskerne har brugt computermodeller til at demonstrere, at deres design kan detektere enkelte fotoner mere præcist end eksisterende teknologier.