شناسایی فوتون‌های منفرد با استفاده از نقاط کوانتومی

یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه آریزونا موفق به ارائه‌ی روشی برای شناسایی فوتون‌های منفرد شدند. آن‌ها برای این کار از نقاط کوانتومی استفاده کردند.
فوتون منفرد عنصر اصلی در استفاده از اطلاعات کوانتومی است که امکان انتقال سریع‌تر اطلاعات را فراهم می‌کند. از این فناوری می‌توان در حوزه‌های زیستی، تصویربرداری و طیف‌سنجی استفاده می‌شود.

filereader.php?p1=main_1a100d2c0dab19c4430e7d73762b3423.jpg&p2=news&p3=1&p4=1
اطلاعات کوانتومی از حالت‌های کوانتومی مختلف ذرات نظیر فاز و پلاریزاسیون برای رمزگذاری استفاده می‌کند. از آنجایی که اطلاعات کوانتومی به صفر و یک محدود نیست، این فناوری می‌تواند مقادیر زیادی از اطلاعات را به‌ شکل امنی انتقال دهد. در مخابرات کوانتومی، گیرنده و فرستنده درباره حالتی که پیام‌ها با استفاده از آن رمزگذاری و رمزگشایی می‌شوند، به توافق رسیده‌اند؛ بنابراین، احتمال هک شدن آن بسیار کم است.
زمانی که فوتون به شناساگر در سامانه‌ی اطلاعات کوانتومی وارد می‌شود، انرژی آن به الکترون منتقل می‌شود؛ این کار منجر به تولید ولتاژ می‌شود. این اثر بسیار کوچک بوده و به سختی می‌‌توان آن را شناسایی کرد. برای حل این مشکل معمولاً از فتودیودها استفاده می‌شود تا جریان یا ولتاژ تشدید شود، اما این راهبرد با تأخیر همراه بوده و منجر به تولید نویز در زمینه می‌شود.
این راهبرد جدید که در آن از نقاط کوانتومی استفاده شده به محققان اجازه می‌دهد تا فوتون‌های منفرد را شناسایی کنند. در مقایسه با دیگر روش‌ها، تغییر ولتاژ ایجاد شده در اثر برخورد فوتون منفرد، بزرگ بوده و نویز زمینه بسیار کمی ایجاد می‌کند.
با افتادن یک قطره آب در مخزن، تغییر محسوسی ایجاد نمی‌شود، اما اگر مخزن بسیار کوچک باشد این تغییر به سادگی قابل مشاهده است. محققان از این ترفند برای ساخت شناساگر فوتون منفرد استفاده کردند. آن‌ها نقطه کوانتومی را به‌عنوان گیرنده مورد استفاده قرار دادند. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داد که این طراحی می‌تواند فوتون منفرد را با دقت بالا شناسایی کند.

نتایج این پروژه درقالب مقاله‌ای با عنوان Detecting Single Photons Using Capacitive Coupling of Single Quantum Dots در نشریه ACS Photonics منتشر شده‌است.