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Investigadores del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones desarrollaron el primer detector de fotones de banda ancha superconductora (SWSPD) del mundo inventando una estructura innovadora en un detector de fotones de banda superconductora que permite una detección de fotones extremadamente precisa incluso en una banda ancha.
![Detector de fotones superconductor de banda ancha para una detección de fotones excepcionalmente eficaz](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40498_16988466445392959.jpg)
El ancho de la franja del detector excede en 200 veces el ancho de los detectores de fotones de nanobandas superconductores convencionales (SNSPD). Los problemas de dependencia de la polarización y baja productividad que se encuentran en los SNSPD tradicionales pueden abordarse mediante el uso de esta tecnología.
Se espera que el nuevo SWSPD se utilice para varias tecnologías innovadoras, incluida la computación cuántica y las comunicaciones de información cuántica, lo que permitirá una adopción social temprana de estos desarrollos innovadores.
Óptica Cuántica publicó el estudio.
La tecnología central estratégica de detección de fotones permite innovaciones en una variedad de áreas de alta tecnología, como la comunicación óptica en el espacio, la detección láser, la observación de fluorescencia de células vivas y la computación cuántica y la comunicación de información, que actualmente son objeto de una intensa investigación global. y desarrollo.
El equipo de investigación del NICT ha desarrollado un SNSPD con un ancho de banda de no más de 100 nm, que supera significativamente a los detectores de fotones anteriores. Al utilizar el dispositivo en la tecnología de comunicación de información cuántica, se demostró su valor. Sin embargo, para producir SNSPD, las tecnologías avanzadas de nanofabricación necesitan construir estructuras de nanotiras, lo que afecta el crecimiento de la productividad y genera diferencias en el rendimiento de los detectores.
Además, la dependencia de la polarización de la estructura de meandro de nanobanda superconductora ha limitado las posibles aplicaciones del dispositivo como detector de fotones.
Como parte de este trabajo, el NICT desarrolló una nueva estructura llamada estructura de banco de corriente crítica alta (HCCB), que permite una detección de fotones altamente eficiente incluso cuando se amplía el ancho de la tira del detector de fotones de tira superconductora.
Además, NICT desarrolló un SWSPD de 20 micrones de ancho, que es más de 200 veces más ancho que un detector de fotones de nanocinta tradicional, logrando una operación de alto rendimiento por primera vez en la historia.
El tipo de nanotiras que creó el NICT requería nanotiras superconductoras increíblemente largas con una forma serpenteante y un ancho de franja de 100 nm o menos. Con sólo una tira superconductora corta y recta, ahora es posible producir el tipo de banda ancha.
Se puede utilizar una tecnología de fotolitografía de uso general y alta productividad para crear este SWSPD, eliminando la necesidad de tecnología de nanofabricación. Además, la dependencia de la polarización observada en el detector de nanocintas se puede eliminar porque el ancho de la franja es mayor que el punto de luz incidente emitido por la fibra óptica.
En el rango de longitud de onda de telecomunicaciones (λ=1.550 nm), la evaluación del rendimiento del detector mostró una eficiencia de detección del 78%, similar al 81% del tipo nanostrip. Además, la fluctuación de tiempo superó al tipo nanostrip en términos de valores numéricos.
Este desarrollo permite la producción de detectores de fotones que son más productivos, funcionan mejor y tienen mejores propiedades que los del tipo nanostrip, que se ha consolidado como una tecnología de detección de fotones crucial en campos de vanguardia como las comunicaciones de información cuántica.
Se espera que esta tecnología se utilice en una variedad de tecnologías de comunicación e información cuántica y servirá como tecnología fundamental para las computadoras cuánticas en red, el tema de JST Moonshot Goal 6.
Los investigadores planean estudiar más a fondo la estructura HCCB en el SWSPD para identificar fotones con alta eficiencia en un amplio rango de longitudes de onda, desde el visible hasta el infrarrojo medio, además de la banda de longitud de onda de las telecomunicaciones.
Para ampliar las aplicaciones en detección láser, observación de células vivas, tecnología de comunicación óptica en el espacio y otros campos, también intentarán aumentar el tamaño del área receptora de fotones.
Referencia de la revista:
Yabuno, M., et al. (2023) Detector de fotones superconductor de banda ancha con estructura de banco de corriente altamente crítica. Óptica Cuántica. doi:10.1364/OPTICAQ.497675
Fuente: https://www.nict.go.jp/en/
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