Eine neue Quanten-sensor, entwickelt von Forschern an der University of Waterloo, Institute for Quantum Computing (IQC) hat bewiesen, dass es an Leistung übertreffen können bestehende Technologien und Versprechen erhebliche Fortschritte in der long-range-3D-imaging-und Erfolgskontrolle von Krebstherapien.
Die sensoren sind die ersten Ihrer Art und basieren auf Halbleiter-Nanodrähte kann erkennen, dass einzelne Lichtteilchen mit hoher zeitliche Auflösung, Geschwindigkeit und Effizienz über eine unvergleichliche Wellenlängenbereich von UV bis nah-Infrarot.
Die Technologie hat auch die Fähigkeit deutlich verbessern, und Quanten-Kommunikation und remote-sensing-Funktionen.
„Ein sensor muss sehr effizient bei der Erkennung von Licht. In Anwendungen wie Quanten-radar -, überwachungs -, und Nacht-Betrieb, nur sehr wenige Partikel des Lichts zurück zu der Gerät“, sagte principal investigator Michael Reimer, eine IQC-Mitglied der Fakultät und assistant professor in der Fakultät für Ingenieurwissenschaften electrical and computer engineering department. „In diesen Fällen soll in der Lage sein, zu erkennen, jedes einzelne photon kommen.“
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Die nächste generation der quantum-sensor entwickelt, in Reimer s lab ist so schnell und effizient, dass es aufnehmen kann, und erkennen ein einzelnes Lichtteilchen, genannt photon, und aktualisieren Sie für den nächsten innerhalb von Nanosekunden. Der Forscher erstellt ein array von kegeligen Nanodrähte, die wiederum einfallenden Photonen in elektrischen Strom, der verstärkt werden können und erkannt werden.
Remote sensing, high-speed-imaging von Raum, Erwerb Fernkampf hochauflösende 3D-Bilder, Quanten-Kommunikation und Singulett-Sauerstoff-Nachweis für die Dosis-monitoring in der Behandlung von Krebs sind alle Anwendungen, die davon profitieren könnten, die Art der robuste single-photon-Erkennung, dass diese neue quantum-sensor liefert.
Die halbleitenden Nanodraht-array erreicht seine hohe Geschwindigkeit, timing-Auflösung und Effizienz Dank der Qualität des materials, die Anzahl der Nanodrähte, doping-Profil und die Optimierung des nanodrahtes Form und Anordnung. Der sensor erkennt ein breites Spektrum von Licht mit hoher Effizienz und hoher Zeitauflösung, alle während des Betriebs bei Raumtemperatur. Reimer betont, dass das Spektrum die absorption verbreitert werden kann noch weiter mit anderen Materialien.
„Dieses Gerät verwendet indiumphosphid (InP) – Nanodrähten. Ändern der material-Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), zum Beispiel, erweitert die Bandbreite noch weiter in Richtung Telekommunikation Wellenlängen, während die Aufrechterhaltung der Leistung“, Reimer sagte. „Es ist Stand der Technik nun, mit dem potential für weitere Verbesserungen.“
Sobald der Prototyp verpackt mit der richtigen Elektronik und Mobile Kälte, der sensor ist bereit für den Test über das Labor hinaus. „Ein breites Spektrum von Branchen und forschungsfeldern profitieren von einem quantum-sensor mit diesen Fähigkeiten“, sagte Reimer.
In Zusammenarbeit mit Forschern an der Eindhoven University of Technology, Tapered InP-Nanodraht-arrays für die effiziente Breitband-high-speed-single-photon-Detektion wurde veröffentlicht in Nature Nanotechnology am 4. März. Diese Forschung wurde durchgeführt, zum Teil Dank der Finanzierung aus dem Canada First Research Excellence Fund (CFREF).