Un nuovo sensore quantistico sviluppato dai ricercatori dell'Institute for Quantum Computing (IQC) dell'Università di Waterloo ha dimostrato di poter superare le tecnologie esistenti e promette progressi significativi nell'imaging 3D a lungo raggio e nel monitoraggio del successo dei trattamenti contro il cancro.

I sensori sono i primi nel loro genere e si basano su nanofili semiconduttori in grado di rilevare singole particelle di luce con un'elevata risoluzione temporale, velocità ed efficienza su un intervallo di lunghezze d'onda senza pari, dall'ultravioletto al vicino infrarosso.

La tecnologia ha anche la capacità di migliorare significativamente la comunicazione quantistica e le capacità di telerilevamento.

"Un sensore deve essere molto efficiente nel rilevare la luce. In applicazioni come il radar quantistico, sorveglianza, e funzionamento notturno, pochissime particelle di luce ritornano al dispositivo, " ha detto il ricercatore principale Michael Reimer, un membro di facoltà IQC e assistente professore nel dipartimento di ingegneria elettrica e informatica della Facoltà di Ingegneria. "In questi casi, vuoi essere in grado di rilevare ogni singolo fotone in arrivo."

Il sensore quantistico di nuova generazione progettato nel laboratorio di Reimer è così veloce ed efficiente da poter assorbire e rilevare una singola particella di luce, chiamato fotone, e aggiorna per quello successivo entro nanosecondi. I ricercatori hanno creato una serie di nanofili affusolati che trasformano i fotoni in ingresso in corrente elettrica che può essere amplificata e rilevata.

Telerilevamento, immagini ad alta velocità dallo spazio, acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione a lungo raggio, comunicazione quantistica, e il rilevamento dell'ossigeno singoletto per il monitoraggio della dose nel trattamento del cancro sono tutte applicazioni che potrebbero trarre vantaggio dal tipo di rilevamento robusto del singolo fotone fornito da questo nuovo sensore quantistico.

L'array di nanofili semiconduttori raggiunge la sua alta velocità, risoluzione dei tempi ed efficienza grazie alla qualità dei suoi materiali, il numero di nanofili, profilo di drogaggio e ottimizzazione della forma e disposizione dei nanofili. Il sensore rileva un ampio spettro di luce con alta efficienza e alta risoluzione temporale, il tutto durante il funzionamento a temperatura ambiente. Reimer sottolinea che l'assorbimento dello spettro può essere ulteriormente ampliato con materiali diversi.

"Questo dispositivo utilizza nanofili di fosfuro di indio (InP). Cambiando il materiale in arseniuro di indio e gallio (InGaAs), Per esempio, può estendere ulteriormente la larghezza di banda verso le lunghezze d'onda delle telecomunicazioni mantenendo le prestazioni, "Reimer ha detto. "E 'stato dell'arte ora, con la possibilità di ulteriori miglioramenti".

Una volta che il prototipo è confezionato con l'elettronica giusta e il raffreddamento portatile, il sensore è pronto per i test oltre il laboratorio. "Un'ampia gamma di industrie e campi di ricerca trarrà vantaggio da un sensore quantistico con queste capacità, " ha detto Reimer.

In collaborazione con i ricercatori della Eindhoven University of Technology, Sono stati pubblicati array di nanofili InP rastremati per il rilevamento efficiente di singoli fotoni ad alta velocità a banda larga Nanotecnologia della natura il 4 marzo. Questa ricerca è stata intrapresa grazie in parte al finanziamento del Canada First Research Excellence Fund (CFREF).