Un detector de fotón único para lograr comunicaciones cuánticas seguras y superrápidas Investigadores financiados con fondos europeos han desarrollado un detector ultrasensible que puede detectar cuantos de luz individuales en el espectro del infrarrojo cercano. El envío y la recepción de datos cuánticos a largas distancias con fotones únicos prepara el terreno para lograr unas comunicaciones más seguras. Economía digital Investigación fundamental © Dmitriy Rybin, Shutterstock Si se producen bajo demanda y con unas propiedades cuánticas bien definidas, los fotones únicos disponen de un conjunto de capacidades sin precedentes que pueden revolucionar algunos campos de investigación modernos, como la información cuántica, los diagnósticos médicos, la detección a distancia, la fotografía o la astronomía. Financiado en parte con fondos europeos, el equipo del proyecto Qdet ha desarrollado un sensor innovador que facilita y acelera los complejos experimentos cuánticos. «El nuevo sistema prototipo de Qdet es el primero en detectar fotones únicos en la región del infrarrojo cercano con una eficiencia casi unitaria, un nivel de ruido ultrabajo y una resolución temporal extremadamente alta», explica el doctor Sander Dorenbos, director general de Single Quantum, socio del proyecto. El uso de los avances en superconductividad Los investigadores del proyecto se han basado en el éxito de un nuevo tipo de sensor que emplea los nanocables superconductores comercializados recientemente por Single Quantum. Dorenbos señala: «Los detectores de fotón único basados en nanocables superconductores (SNSPD, por sus siglas en inglés) tienen una eficacia de detección considerablemente mejor que la de los modelos con semiconductores que todavía siguen usándose en la investigación y la industria». El SNSPD es un detector de infrarrojos cercanos que contiene una capa delgada y estrecha de material superconductor. Mediante procesos de nanofabricación, se produce un nanocable con una forma serpenteante y compacta. Se enfría por debajo de la temperatura crítica de superconducción y se le aplica una corriente cercana a su intensidad crítica de superconducción. El principio de la detección se basa en que el nanocable pase del estado de superconducción al resistivo. Cuando el nanocable serpenteante absorbe un fotón único, la superconductividad se rompe de manera focalizada. Como resultado, la corriente se dirige hacia la electrónica de amplificación y se crea un pulso de tensión. En poco tiempo se recupera la superconductividad y el SNSPD vuelve a estar preparado para detectar el siguiente fotón. Hasta el día de hoy, los SNSPD son los sensores de recuento de fotones únicos más rápidos que existen, y permiten aplicaciones muy avanzadas en tecnologías de información cuántica. Según Dorenbos, «el sistema prototipo tiene un rendimiento infinitamente mejor que el de los sensores de última generación». Optimización del funcionamiento en los infrarrojos cercanos La transmisión segura de información cuántica a largas distancias requiere unos sensores ultrarrápidos y un plan de memoria cuántica que pueda funcionar, como mínimo, durante el tiempo de la transmisión. «El detector de fotón único de Qdet supone una herramienta nueva e importante para la tecnología cuántica y debería permitir el intercambio y procesamiento de información con total seguridad», añade Dorenbos. El equipo del proyecto ajustó un detector de luz de Single Quantum para que funcionase a 795 nm. Esa longitud de onda facilita los experimentos con técnicas de memoria cuántica que almacenan fotones en átomos de gas de rubidio, ya que estos emiten exactamente a esa longitud de onda. El sensor cuántico de Qdet para la región de los infrarrojos cercanos es una incorporación ideal para la cartera de la empresa, que ya incluye detectores de altas prestaciones optimizados para longitudes de onda muy importantes. Algunas de estas son 1 300 nm y 1 550 nm para la investigación de las comunicaciones ópticas, 900 nm para puntos cuánticos y 1 060 nm para la detección y localización por ondas luminosas. Palabras clave Qdet, infrarrojos cercanos, información cuántica, nanocable superconductor detector de fotón único (SNSPD), Single Quantum, memoria cuántica, comunicaciones cuánticas
