Un nouveau capteur quantique développé par des chercheurs de l'Institute for Quantum Computing (IQC) de l'Université de Waterloo a prouvé qu'il pouvait surpasser les technologies existantes et promet des avancées significatives dans l'imagerie 3D à longue portée et le suivi du succès des traitements contre le cancer.

Les capteurs sont les premiers du genre et sont basés sur des nanofils semi-conducteurs capables de détecter des particules de lumière uniques avec une résolution temporelle élevée, rapidité et efficacité sur une gamme de longueur d'onde inégalée, de l'ultraviolet au proche infrarouge.

La technologie a également la capacité d'améliorer considérablement les capacités de communication quantique et de télédétection.

"Un capteur doit être très efficace pour détecter la lumière. Dans des applications comme le radar quantique, surveillance, et fonctionnement de nuit, très peu de particules de lumière retournent à l'appareil, " a déclaré le chercheur principal Michael Reimer, membre du corps professoral de l'IQC et professeur adjoint au département de génie électrique et informatique de la Faculté de génie. "Dans ces cas, vous voulez pouvoir détecter chaque photon entrant."

Le capteur quantique de nouvelle génération conçu dans le laboratoire de Reimer est si rapide et efficace qu'il peut absorber et détecter une seule particule de lumière, appelé photon, et rafraîchir pour le suivant en quelques nanosecondes. Les chercheurs ont créé un réseau de nanofils effilés qui transforment les photons entrants en courant électrique qui peut être amplifié et détecté.

Télédétection, imagerie à grande vitesse depuis l'espace, l'acquisition d'images 3-D haute résolution à longue distance, communication quantique, et la détection de l'oxygène singulet pour la surveillance des doses dans le traitement du cancer sont toutes des applications qui pourraient bénéficier du type de détection de photon unique robuste que fournit ce nouveau capteur quantique.

Le réseau de nanofils semi-conducteurs atteint sa vitesse élevée, résolution temporelle et efficacité grâce à la qualité de ses matériaux, le nombre de nanofils, profil de dopage et l'optimisation de la forme et de la disposition des nanofils. Le capteur détecte un large spectre de lumière avec une efficacité élevée et une résolution temporelle élevée, tout en fonctionnant à température ambiante. Reimer souligne que le spectre d'absorption peut être encore élargi avec différents matériaux.

"Cet appareil utilise des nanofils de phosphure d'indium (InP). Changer le matériau en arséniure d'indium et de gallium (InGaAs), par exemple, peut étendre encore plus la bande passante vers les longueurs d'onde des télécommunications tout en maintenant les performances, " a déclaré Reimer. " C'est l'état de l'art maintenant, avec le potentiel d'améliorations supplémentaires."

Une fois le prototype emballé avec la bonne électronique et le refroidissement portable, le capteur est prêt à être testé au-delà du laboratoire. "Un large éventail d'industries et de domaines de recherche bénéficieront d'un capteur quantique doté de ces capacités, " dit Reimer.

En collaboration avec des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven, Des réseaux de nanofils InP effilés pour une détection efficace de photons uniques à haut débit et à large bande ont été publiés dans Nature Nanotechnologie le 4 mars. Cette recherche a été entreprise grâce en partie au financement du Fonds d'excellence en recherche de Canada First (CFREF).