Micrografia de um detector de
fóton feito de nanofios supercondutores de siliceto de molibdênio (MoSi). A
imagem tem cerca de 35 micrômetros de largura. Cortesia de Verma/NIST.
O aprimoramento da tecnologia de detector de um único fóton feito de
nanofios supercondutores oferece reduzido ‘jitter’
temporal com sistemas de refrigeração menos exigentes. Esta maior precisão a
uma temperatura mais elevada faz com que o novo detector seja útil para
comunicações de pesquisa e experimentos envolvendo emaranhamento quântico e
teletransporte.
Pesquisadores do NIST usaram um feixe de
elétrons para modelar nanofios em uma película fina feita de siliceto de molibdênio
(MoSi), um supercondutor cerâmico tolerante
ao calor. Pesquisadores da Universidade de Genebra, na Suíça e do Jet Propulsion Laboratory, também
contribuíram com o trabalho.
O pequeno impulso de energia que ocorre quando um único fóton atinge o
dispositivo é suficiente para fazer os nanofios perderem brevemente a sua
capacidade supercondutora e tornam-se condutores normais, sinalizando o evento.
Detectores de nanofios são super rápido, contando dezenas de milhões de fótons
por segundo, e gerando poucas contagens falsas.
Jitter é definido como incerteza no tempo de chegada de um
fóton. A criação de um sistema com menos jitter
significa que os fótons podem ser espaçados mais estreitamente juntos, mas
ainda serem corretamente detectados. Isso poderia permitir a comunicação com
taxas de bits mais elevadas, com mais informações transmitidas no mesmo
período.
Usando mais corrente elétrica do que um projeto de 2011 baseado em liga de
tungstênio-silício, o novo detector reduz os jitters pela metade, de cerca de 150 ps para 76 ps. A absorção de
luz e a eficiência foram reforçadas pela incorporação do detector em uma
cavidade feita de espelhos de ouro e camadas de outros materiais não reativos.
A eficiência de 87% foi demonstrada em 1542 nm, um comprimento de onda usado em
telecomunicações. Os dispositivos de tungstênio-silício exibem 93% eficiência. Além
disso, o novo detector pode funcionar a 2.3 K, enquanto que o detector de
tungstênio-silício exige resfriamento de < 1 K.
“A temperatura de funcionamento mais elevada do
MoSi, torna esses dispositivos promissores para uso generalizado devido aos
recursos de criogenia menos dispendiosos para a sua operação”, escreveu o
pesquisador em Optics Express (doi: 10,1364/OE.23.033792
).
