El Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) ha desarrollado un detector de fotones de banda ancha superconductora (SWSPD), que tiene unas dimensiones de 10 nm o menos de ancho de tira. Este dispositivo ofrece un alto rendimiento y los investigadores han demostrado su utilidad aplicándolo a la tecnología de comunicación de información cuántica, así como detección láser, comunicación óptica en el espacio profundo, etc.
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 el ancho de la tira se amplía en el detector de fotones de tira superconductora, y logró desarrollar un SWSPD con un ancho de 20 micrómetros, que es más de 200 veces más ancho que el detector de fotones de nanocinta convencional.
Este tipo de nanotira requirió la formación de nanotiras superconductoras extremadamente largas con un ancho de tira de 100 nm o menos en forma de meandro. 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 desde la fibra óptica es posible eliminar la dependencia de la polarización que se observa en el detector de tipo nanotira.
Resultados sobre el rendimiento de detector
Como resultado de la evaluación del rendimiento de este detector, la eficiencia de detección en la banda de longitud de onda de telecomunicaciones (λ=1550 nm) fue del 78%, comparable al 81% del 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 realizar computadoras cuánticas en red promovidas en JST Moonshot Goal 6.
En el futuro, los investigadores explorarán más a fondo la estructura HCCB en el SWSPD, para detectar fotones con alta eficiencia no solo 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, etc.