Detektion av mikrovågor på nanonivå kan ge bättre kvantdatorer

Mikrovågor är ett samlingsnamn för elektromagnetisk strålning inom de högre radiofrekvensbanden och kan användas till allt ifrån att värma mediokra fiskrätter till att söka efter utomjordiskt liv i universum.

Främst används mikrovågor för att överföra signaler inom telekommunikation. Men de senaste åren har allt mer fokus riktats mot mikrovågornas potential inom kvantteknologin – ett område där kvantmekaniska egenskaper används för att lösa mät- och beräkningsproblem som den traditionella teknologin inte klarar av.

Nanotrådar ger effektiv detektion av mikrovågor

Nu har ett forskarlag vid Lunds universitet gjort en upptäckt som kan skynda på kvantutvecklingen. I en artikel som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications beskriver forskarna hur de genom ett experiment utvecklat en detektor för mikrovågsfotoner.

– För att kommunikation mellan delarna i en kvantdator ska vara möjlig måste man kunna detektera enskilda mikrovågsfotoner med stor effektivitet. Vårt experiment visar på ett helt nytt sätt att göra detta, säger Peter Samuelsson, fysikforskare vid Lunds universitet.

I studien har forskarna skapat en detektor med hjälp av halvledande nanotrådar. En stor fördel med dessa trådar är att de kan kopplas ihop med redan existerande teknologi. Det är också nanotrådarnas egenskaper som är grunden till det stora genombrottet.

Mikrovågsfotoner omvandlas till mätbar ström av elektroner

– Det är tack vare nanotrådarna som vi lyckats detektera fotoner löpande genom att omvandla dem till en mätbar ström av elektroner. Det innebär att detektorn inte behöver veta när fotonen anländer, något som ofta krävs i de mikrovågsdetektorer som finns idag, säger Ville Maisi, fysikforskare vid Lunds universitet.

Detektorer för enskilda fotoner av synligt ljus har funnits länge och används inom många teknikområden. Men Lundaforskarna kan nu slå fast att de grundläggande principerna även fungerar för mikrovågsfotoner, trots att dessa bara har en tiotusendels så stor energi. I experimentet kunde forskarna visa att sex procent av alla fotoner omvandlades till elektroner. Det är cirka tusen gånger bättre än vad som uppmätts i tidigare experiment. Nu fortsätter arbetet i nanolabbet.

– Våra teoretiska analyser visar att vi kan nå en nära hundraprocentig effektivitet genom att förfina experimentet. Vi hoppas att våra resultat ska bli startskottet för en utveckling av ultrakänsliga detektorer som kan användas inom ett flertal teknikområden, säger Peter Samuelsson.

Vetenskaplig artikel:

Efficient and continuous microwave photoconversion in hybrid cavity-semiconductor nanowire double quantum dot diodes, Nature Communications

Kontakt:

Peter Samuelsson, professor, Avdelningen för matematisk fysik, Lunds universitet, peter.samuelsson@teorfys.lu.se

Ville Maisi, universitetslektor, Avdelningen för fasta tillståndets fysik, Lunds universitet, ville.maisi@ftf.lth.se