Investigadores del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones han inventado una estructura novedosa en un detector de fotones de banda ancha superconductora que permite una detección de fotones altamente eficiente incluso con una banda ancha, y lograron desarrollar el primer detector de fotones de banda ancha superconductora (SWSPD) del mundo.
El ancho de la tira del detector es más de 200 veces mayor que el de los detectores de fotones NanoStrip superconductores (SNSPD) convencionales. Esta tecnología puede ayudar a resolver los problemas de baja productividad y dependencia de la polarización que existen en los SNSPD convencionales. Se espera que el nuevo SWSPD se aplique a diversas tecnologías avanzadas, como la comunicación de información cuántica y las computadoras cuánticas, permitiendo una implementación social temprana de estas tecnologías avanzadas.
El trabajo se publica en la revista Optica Quantum .
La tecnología de detección de fotones es una tecnología central estratégica para generar innovación en una amplia gama de campos tecnológicos avanzados, incluida la comunicación de información cuántica y la computación cuántica, que actualmente están siendo objeto de intensa investigación y desarrollo a escala global, y también la observación fluorescente de células vivas. comunicación óptica en el espacio profundo, detección láser y más.
El equipo de investigación NICT ha desarrollado un SNSPD con un ancho de tira de 100 nm o menos. Han logrado con éxito un alto rendimiento que supera a otros detectores de fotones y han demostrado su utilidad aplicándolo a la tecnología de comunicación de información cuántica. Sin embargo, la fabricación de SNSPD requiere la formación de estructuras de nanotiras utilizando tecnología avanzada de nanofabricación, lo que provoca variaciones en el rendimiento del detector y dificulta la mejora de la productividad. Además, la presencia de dependencia de la polarización debido a la estructura serpenteante de nanotiras superconductoras también ha limitado el rango de aplicación como detector de fotones.
En este trabajo, NICT inventó una estructura novedosa llamada "estructura de banco de corriente crítica alta (HCCB)" que permite una detección de fotones altamente eficiente incluso si se amplía el ancho de la tira en el detector de fotones de tira superconductora, y logró desarrollar un SWSPD con un ancho de 20 micrómetros (más de 200 veces más ancho que el detector de fotones de nanocinta convencional) y logró una operación de alto rendimiento por primera vez en el mundo.
El tipo de nanotira desarrollado por NICT requirió la formación de nanotiras superconductoras extremadamente largas con un ancho de tira de 100 nm o menos en forma serpenteante. El tipo de tira ancha ahora se puede formar con una sola tira superconductora corta y recta.
Este SWSPD no requiere tecnología de nanofabricación y puede fabricarse mediante tecnología de fotolitografía de uso general altamente productiva. Además, dado que el ancho de la tira es más ancho que el punto de luz incidente irradiado por la fibra óptica, es posible eliminar la dependencia de la polarización que se observa en el detector tipo nanotira.
Como resultado de la evaluación del rendimiento de este detector, la eficiencia de detección en la banda de longitud de onda de telecomunicaciones (λ=1.550 nm) midió el 78%, lo que es comparable al 81% del tipo nanostrip. Además, la fluctuación de sincronización mostró mejores valores numéricos que el tipo nanostrip.
Este logro permite la fabricación de detectores de fotones con mayor productividad y rendimiento y características superiores en comparación con el tipo nanostrip que se ha posicionado como una tecnología de detección de fotones indispensable en campos tecnológicos avanzados como la comunicación de información cuántica. Se espera que dicha tecnología se aplique a diversas tecnologías de comunicación de información cuántica y que sea una tecnología básica importante para la realización de computadoras cuánticas en red promovidas en JST Moonshot Goal 6.
En el futuro, el equipo explorará más a fondo la estructura HCCB en el SWSPD, para detectar fotones con alta eficiencia no sólo en la banda de longitud de onda de las telecomunicaciones, sino también en una banda de longitud de onda amplia, desde el visible hasta el infrarrojo medio. Además, también intentarán ampliar aún más el tamaño del área receptora de fotones para ampliar aplicaciones como la tecnología de comunicación óptica en el espacio profundo, la detección láser, la observación de células vivas y más.
Más información: Masahiro Yabuno et al, Detector de fotones de banda ancha superconductora con estructura de banco de corriente crítica alta, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.497675
Proporcionado por el Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (NICT)
