Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Succesvolle ontwikkeling van 's werelds eerste supergeleidende breedbandfotonendetector

Supergeleidende Wide-Strip Photon Detector (SWSPD) ontwikkeld. Credit:Nationaal Instituut voor Informatie- en Communicatietechnologie (NICT)

Onderzoekers van het National Institute of Information and Communications Technology hebben een nieuwe structuur uitgevonden in een supergeleidende stripfotondetector die zeer efficiënte fotondetectie mogelijk maakt, zelfs met een brede strook, en zijn erin geslaagd 's werelds eerste supergeleidende wide-strip fotondetector (SWSPD) te ontwikkelen.

De stripbreedte van de detector is ruim 200 keer breder dan die van de conventionele Superconducting NanoStrip Photon Detectors (SNSPD's). Deze technologie kan helpen bij het oplossen van de problemen van lage productiviteit en polarisatieafhankelijkheid die bij conventionele SNSPD's bestaan. De nieuwe SWSPD zal naar verwachting worden toegepast in verschillende geavanceerde technologieën, zoals kwantuminformatiecommunicatie en kwantumcomputers, waardoor een vroege sociale implementatie van deze geavanceerde technologieën mogelijk wordt.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Optica Quantum .

Fotonendetectietechnologie is een strategische kerntechnologie die innovatie tot stand moet brengen op een breed scala aan geavanceerde technologiegebieden, waaronder kwantuminformatiecommunicatie en kwantumcomputing, die momenteel intensief onderzoek en ontwikkeling ondergaan op mondiale schaal, en ook live celfluorescentieobservatie. optische communicatie in de ruimte, laserdetectie en meer.

Vergelijking van structuur en prestaties tussen conventionele technologie (Superconducting NanoStrip Photon Detector (SNSPD)) en nieuw ontwikkelde technologie (Superconducting Wide-Strip Photon Detector (SWSPD)). Credit:Nationaal Instituut voor Informatie- en Communicatietechnologie (NICT)

Het NICT-onderzoeksteam heeft een SNSPD ontwikkeld met een stripbreedte van 100 nm of minder. Ze hebben met succes hoge prestaties bereikt die andere fotondetectoren overtreffen, en hebben het nut ervan gedemonstreerd door deze toe te passen op kwantuminformatiecommunicatietechnologie. De fabricage van SNSPD's vereist echter de vorming van nanostripstructuren met behulp van geavanceerde nanofabricagetechnologie, wat variaties in de detectorprestaties veroorzaakt en productiviteitsverbetering belemmert. Bovendien heeft de aanwezigheid van polarisatieafhankelijkheid als gevolg van de meanderende structuur van supergeleidende nanostrips ook het toepassingsbereik als fotonendetector beperkt.

In dit werk heeft NICT een nieuwe structuur uitgevonden genaamd "High Critical Current Bank (HCCB) structure" die zeer efficiënte fotonendetectie mogelijk maakt, zelfs als de stripbreedte wordt vergroot in de supergeleidende stripfotondetector, en is erin geslaagd een SWSPD te ontwikkelen met een breedte van 20 micrometer – ruim 200 keer breder dan de conventionele nanostrip-fotonendetector – en voor het eerst ter wereld een krachtige werking bereikt.

Structuur van de High Critical Current Bank (HCCB). Credit:Nationaal Instituut voor Informatie- en Communicatietechnologie (NICT)

Het door NICT ontwikkelde nanostriptype vereiste de vorming van extreem lange supergeleidende nanostrips met een strookbreedte van 100 nm of minder in een meanderende vorm. Het brede striptype kan nu worden gevormd met slechts een enkele korte rechte supergeleidende strip.

Deze SWSPD vereist geen nanofabricagetechnologie en kan worden vervaardigd met behulp van zeer productieve fotolithografische technologie voor algemene doeleinden. Omdat de stripbreedte breder is dan de invallende lichtvlek die door de optische vezel wordt bestraald, is het bovendien mogelijk om de polarisatieafhankelijkheid te elimineren die te zien is in de detector van het nanostriptype.

Als resultaat van de prestatie-evaluatie van deze detector bedroeg de detectie-efficiëntie in de telecommunicatiegolflengteband (λ=1.550 nm) 78%, wat vergelijkbaar is met de 81% van het nanostriptype. Bovendien vertoonde de timingjitter betere numerieke waarden dan het nanostriptype.

Deze prestatie maakt de fabricage mogelijk van fotondetectoren met een hogere productiviteit en superieure prestaties en kenmerken vergeleken met het nanostriptype dat is gepositioneerd als een onmisbare fotondetectietechnologie op geavanceerde technologiegebieden zoals kwantuminformatiecommunicatie. Verwacht wordt dat dergelijke technologie zal worden toegepast op verschillende kwantuminformatiecommunicatietechnologieën en een belangrijke basistechnologie zal zijn voor het realiseren van genetwerkte kwantumcomputers die worden gepromoot in JST Moonshot Goal 6.

In de toekomst zal het team de HCCB-structuur in de SWSPD verder onderzoeken, om fotonen met hoge efficiëntie te detecteren, niet alleen in de golflengteband van de telecommunicatie, maar ook in een brede golflengteband van het zichtbare tot het midden-infrarood. Bovendien zullen ze ook proberen de omvang van het fotonenontvangstgebied verder uit te breiden voor het uitbreiden van toepassingen zoals optische communicatietechnologie in de diepe ruimte, laserdetectie, live celobservatie en meer.

Meer informatie: Masahiro Yabuno et al, supergeleidende brede strip-fotonendetector met hoge kritische stroombankstructuur, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.497675

Aangeboden door het Nationaal Instituut voor Informatie- en Communicatietechnologie (NICT)




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe u invasieve ratten en muizen thuis kunt bestrijden zonder de inheemse fauna te schaden
  2. Kan Philly een broeikas voor bananen en ananas worden als het klimaat warmer wordt?
  3. Heerlijke narcissen zijn super eenvoudig te kweken. Hier is hoe
  4. Zal er ooit een gelukkige pil zijn?
  5. UV-licht behandelt de bietenziekte en bestrijdt de resistentie tegen fungiciden
  6. De voor- en nadelen van grote oren voor vleermuissoorten
  7. Wat is het laatste nieuws over de darmflora? Concordia-studenten microbiologie publiceren hun bevindingen
  8. Dierenartsen waarschuwen dat antivries giftig is voor huisdieren en mensen
  9. Welke organen helpen het menselijk lichaam om zich te ontdoen van door cellen geproduceerd afval?

Wetenschap