Ein Forscherteam unter der Leitung des Jet Propulsion Laboratory der NASA hat einen Detektor entwickeltfür
Der PEACOQ-Detektor besteht aus 32 Nanodrähtennur 7,5 nm dick (etwa 10.000 Mal dünner als ein menschliches Haar). Beim Abkühlen auf eine ultratiefe Temperatur von etwa 1 K (-272,15 °C) werden solche Drähte supraleitend. Trifft ein Photon auf einen supraleitenden Draht, wird es absorbiert und erzeugt einen Hotspot, der den elektrischen Widerstand des Drahtes merklich erhöht. Forscher verwenden einen Computer und einen Digital-zu-Zeit- oder Zeitbereich-zu-Digital-Wandler, um diese Widerstandsänderungen zu erkennen und die Photonen zu zählen.
Wenn der Detektor ein Photon misst, gibt er ausein elektrischer Impuls, und ein Digital-Zeit-Wandler misst sehr genau die Ankunftszeit dieses elektrischen Impulses mit einer Auflösung von weniger als 100 Pikosekunden oder 70 Millionen Mal schneller als ein Fingerschnippen.
Ioana Craiciu, Co-Autorin der Studie am Jet Propulsion Laboratory der NASA
Um die Funktionsweise des Geräts zu demonstrieren,Die Forscher kühlten den Detektor mit einem speziellen Kryostaten auf 1 K. Sie verwendeten einen speziell angefertigten Testaufbau, um Licht in den Kryostaten zum Detektor zu leiten, und eine Elektronikkette, um das Ausgangssignal des Detektors vom Kryostaten zu übertragen, zu verstärken und aufzuzeichnen.
PEACOQ-Detektor. Bild: Ioana Craiciu et al., Optica
Die Analyse zeigte, dass der Detektor Photonen detektiertmit einer Wellenlänge von 1550 nm mit einer Detektionseffizienz von bis zu 78 %. In diesem Fall beträgt die Dunkelzählrate 158 cps, und die maximale Rate übersteigt 1,5 Milliarden cps bei einer Kompression von 3 dB. Die Forscher stellen fest, dass es derzeit keinen anderen Detektor gibt, der einzelne Photonen so schnell mit der gleichen Zeitauflösung zählen kann.
Anwendung findet die Entwicklung in der Quantenkommunikation,glauben die Autoren der Studie. In der Regel wird die übertragene Quanteninformation auf die Uhr abgestimmt, wobei jede Information in ein Photon kodiert wird. Wie genau das Instrument die Ankunftszeit von Photonen beim Empfänger misst, bestimmt, wie oft einzelne Photonen gesendet werden können und wie schnell Informationen übertragen werden.
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