Ny kvantesensor kan forbedre kræftbehandlingen

En ny kvantesensor udviklet af forskere ved University of Waterloo's Institute for Quantum Computing (IQC) har bevist, at den kan udkonkurrere eksisterende teknologier og lover betydelige fremskridt inden for langtrækkende 3D-billeddannelse og overvågning af succesen af ​​kræftbehandlinger.

Sensorerne er de første af deres slags og er baseret på halvleder nanotråde, der kan detektere enkelte lyspartikler med høj timing opløsning, hastighed og effektivitet over et bølgelængdeområde uden sidestykke, fra ultraviolet til nær-infrarødt.

Teknologien har også evnen til betydeligt at forbedre kvantekommunikation og fjernmålingsfunktioner.

"En sensor skal være meget effektiv til at detektere lys. I applikationer som kvanteradar, overvågning, og natdrift, meget få partikler af lys vender tilbage til enheden, " sagde hovedefterforsker Michael Reimer, et IQC-fakultetsmedlem og adjunkt i Det Tekniske Fakultets elektro- og computeringeniørafdeling. "I disse tilfælde, du vil være i stand til at detektere hver eneste foton, der kommer ind."

Den næste generations kvantesensor designet i Reimers laboratorium er så hurtig og effektiv, at den kan absorbere og detektere en enkelt partikel af lys, kaldet en foton, og opdater til den næste inden for nanosekunder. Forskerne skabte en række koniske nanotråde, der omdanner indkommende fotoner til elektrisk strøm, der kan forstærkes og detekteres.

Fjernmåling, højhastighedsbilleder fra rummet, erhvervelse af 3D-billeder i høj opløsning med lang rækkevidde, kvantekommunikation, og singlet-iltdetektion til dosisovervågning i kræftbehandling er alle applikationer, der kunne drage fordel af den slags robuste enkeltfotondetektion, som denne nye kvantesensor giver.

Det halvledende nanowire-array opnår sin høje hastighed, timing opløsning og effektivitet takket være kvaliteten af ​​dets materialer, antallet af nanotråde, dopingprofil og optimering af nanotrådens form og arrangement. Sensoren registrerer et bredt spektrum af lys med høj effektivitet og høj timing-opløsning, alt under drift ved stuetemperatur. Reimer understreger, at spektrumabsorptionen kan udvides yderligere med forskellige materialer.

"Denne enhed bruger Indium Phosphide (InP) nanotråde. Ændring af materialet til Indium Gallium Arsenide (InGaAs), for eksempel, kan udvide båndbredden endnu mere mod telekommunikationsbølgelængder og samtidig bevare ydeevnen, " sagde Reimer. "Det er state of the art nu, med potentiale for yderligere forbedringer."

Når prototypen er pakket med den rigtige elektronik og bærbar køling, sensoren er klar til test ud over laboratoriet. "En bred vifte af industrier og forskningsfelter vil drage fordel af en kvantesensor med disse muligheder, sagde Reimer.

I samarbejde med forskere ved Eindhoven University of Technology, Tilspidsede InP nanowire-arrays til effektiv bredbånds-højhastighedsdetektion af enkeltfoton blev offentliggjort i Natur nanoteknologi den 4. marts. Denne forskning blev udført delvist takket være finansiering fra Canada First Research Excellence Fund (CFREF).