Un equipo de investigadores que incluye a la facultad de ingeniería y física de la U of A ha desarrollado un nuevo método para detectar fotones individuales, o partículas ligeras, usando puntos cuánticos.

La detección de fotón único es un elemento clave para permitir el uso de información cuántica, un método de transferencia de información mucho más rápido y seguro que los métodos actuales. Esta tecnología también tiene otras aplicaciones, incluidas las imágenes biológicas y médicas, espectroscopia, y observación astronómica.

Shui-Qing "Pescador" Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica; Greg Salamo, distinguido profesor de física; y Yang Zhang, un becario postdoctoral en ingeniería eléctrica en ese momento, trabajó con colegas de Dartmouth y la Universidad de Wisconsin en esta investigación, que fue publicado recientemente por Fotónica ACS .

La información cuántica utiliza diferentes estados cuánticos de partículas, como polarización o fase, para codificar la información. Dado que la información cuántica no se limita a los unos y los ceros que se utilizan para codificar la información digital, esta tecnología puede transferir una gran cantidad de información de forma muy segura.

Dado que la información cuántica se puede transmitir utilizando una variedad infinita de estados cuánticos, el remitente y el receptor deben estar de acuerdo sobre qué estado están usando para codificar e interpretar los datos. Un forastero que intercepte la señal tendría pocas posibilidades de leerla sin este conocimiento.

Un fotón es un cuanto de luz. Cuando un fotón ingresa a un detector en un sistema de información cuántica, su energía se transfiere a un electrón y esto da como resultado una corriente o un voltaje. Este efecto es tan pequeño, aunque, que es difícil de detectar. Otros diseños de detectores de fotones resuelven este problema mediante el uso de un dispositivo llamado fotodiodo de avalancha para amplificar la corriente o el voltaje. pero este enfoque tiende a agregar retrasos a la detección y aumenta el ruido de fondo.

El nuevo enfoque creado y modelado por estos investigadores utiliza un punto cuántico, que es una partícula semiconductora a nanoescala, para detectar fotones individuales. Comparado con otros métodos, el cambio de voltaje causado por un solo fotón en este detector es grande, con un bajo nivel de ruido de fondo.

Yu comparó esto con agregar una gota de agua a un recipiente. "Si pones una gota de agua en un tanque grande, ese cambio es difícil de ver, ", dijo." Pero si pones una gota de agua en un recipiente muy pequeño, puedes ver el cambio más fácilmente ". En el diseño de los investigadores, el electrón está en un recipiente pequeño:el punto cuántico.

Los investigadores han utilizado modelos informáticos para demostrar que su diseño puede detectar fotones individuales con mayor precisión que las tecnologías existentes.