Un team di ricercatori, tra cui la facoltà di ingegneria e fisica della U of A, ha sviluppato un nuovo metodo per rilevare i singoli fotoni, o particelle leggere, utilizzando punti quantici.

Il rilevamento di un singolo fotone è un elemento chiave per consentire l'uso di informazioni quantistiche, un metodo di trasferimento delle informazioni molto più rapido e sicuro rispetto ai metodi attuali. Questa tecnologia ha anche altre applicazioni, compreso l'imaging biologico e medico, spettroscopia, e osservazione astronomica.

Shui-Qing "pescatore" Yu, professore associato di ingegneria elettrica; Greg Salamo, illustre professore di fisica; e Yang Zhang, un borsista post-dottorato in ingegneria elettrica all'epoca, ha lavorato con i colleghi di Dartmouth e dell'Università del Wisconsin su questa ricerca, che è stato recentemente pubblicato da Fotonica ACS .

L'informazione quantistica utilizza diversi stati quantistici delle particelle, come polarizzazione o fase, per codificare le informazioni. Poiché l'informazione quantistica non è limitata agli uni e agli zeri usati per codificare le informazioni digitali, questa tecnologia può trasferire una grande quantità di informazioni in modo molto sicuro.

Poiché le informazioni quantistiche possono essere trasmesse utilizzando un'infinita varietà di stati quantistici, il mittente e il destinatario devono entrambi concordare quale stato stanno utilizzando per codificare e interpretare i dati. Un estraneo che intercetta il segnale non avrebbe modo di leggerlo senza questa conoscenza.

Un fotone è un quanto di luce. Quando un fotone entra in un rivelatore in un sistema di informazione quantistica, la sua energia viene trasferita a un elettrone e questo si traduce in una corrente o in una tensione. Questo effetto è così piccolo, anche se, che è difficile da rilevare. Altri progetti per i rilevatori di fotoni risolvono questo problema utilizzando un dispositivo chiamato fotodiodo a valanga per amplificare la corrente o la tensione, ma questo approccio tende ad aggiungere ritardi al rilevamento e ad aumentare il rumore di fondo.

Il nuovo approccio creato e modellato da questi ricercatori utilizza un punto quantico, che è una particella semiconduttrice su nanoscala, per rilevare singoli fotoni. Rispetto ad altri metodi, la variazione di tensione causata da un singolo fotone in questo rivelatore è grande, con un basso livello di rumore di fondo.

Yu ha paragonato questo all'aggiunta di una goccia d'acqua in un contenitore. "Se metti una goccia d'acqua in un grande serbatoio, quel cambiamento è difficile da vedere, " disse. "Ma se metti una goccia d'acqua in un recipiente molto piccolo, puoi vedere il cambiamento più facilmente." Nel design dei ricercatori, l'elettrone è in un piccolo contenitore - il punto quantico.

I ricercatori hanno utilizzato modelli informatici per dimostrare che il loro design è in grado di rilevare singoli fotoni in modo più accurato rispetto alle tecnologie esistenti.