Die Entwicklung der Quantenkommunikation schreitet rasant voran, und eine Schlüsseltechnologie für zuverlässige Quantennetzwerke sind hochsensible Einzelphotonendetektoren. Besonders vielversprechend sind dabei supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs), die durch ihre hohe Effizienz und Präzision neue Maßstäbe setzen.
Ein aktueller Durchbruch betrifft die sogenannte fraktale Architektur von SNSPDs. Wie aus einer neuen Studie hervorgeht, konnte durch die geschickte Anordnung der Nanodrähte in fraktalen Mustern die Detektionseffizienz signifikant gesteigert werden. Während herkömmliche SNSPDs oft empfindlich auf die Polarisationsrichtung der ankommenden Photonen reagieren, ermöglichen fraktale Designs eine nahezu polarisationsunabhängige Detektion. Dies verbessert nicht nur die Signalqualität, sondern reduziert auch Verluste in komplexen optischen Systemen. Darüber hinaus wurden Fortschritte in der Herstellung dieser Detektoren erzielt. Neue Verfahren zur Nanofabrikation, darunter hochpräzise Elektronenstrahllithographie und optimierte Ätztechniken, ermöglichen die Fertigung von extrem feinen und gleichzeitig robusten Strukturen. Dies ist entscheidend für die Reduzierung von Rauschen und die Steigerung der Detektionseffizienz auf Werte von über 90 % in bestimmten Wellenlängenbereichen. Diese Entwicklungen haben direkte Auswirkungen auf die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Quantenkommunikationssystemen. In Experimenten konnten diese Detektoren bereits in Anwendungen wie LIDAR-Systemen, Nicht-Sichtlinien-Bildgebung und Hochpräzisions-Quantensensorik getestet werden. Insbesondere für die Quantenkryptographie ist dies ein entscheidender Schritt, da hochsensible Detektoren die Übertragungssicherheit und Datenrate signifikant verbessern können.
Die kontinuierliche Verbesserung von supraleitenden Nanodraht-Detektoren verspricht, Quantenkommunikationsnetzwerke robuster und alltagstauglicher zu machen. Mit den neuesten Fortschritten in Materialwissenschaft und Nanofabrikation wird es möglich, diese Technologie in den kommenden Jahren in kommerzielle Anwendungen zu überführen.
Quellen:
Zou, K., Hu, X. (2024). Fabrication Development of High-Performance Fractal Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors. In: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
