Новый квантовый сенсор может улучшить лечение рака

Новый квантовый сенсор, разработанный исследователями из Института квантовых вычислений (IQC) Университета Ватерлоо, превзошел существующие технологии и обещает значительный прогресс в области 3D-визуализации на больших расстояниях и мониторинга эффективности лечения рака.

Эти сенсоры являются первыми в своем роде и основаны на полупроводниковых нанопроводах, способных обнаруживать отдельные частицы света (фотоны) с высоким временным разрешением, скоростью и эффективностью в беспрецедентном диапазоне длин волн — от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного.

Технология также способна значительно улучшить возможности квантовой связи и дистанционного зондирования.

Следующее поколение квантового сенсора, созданного в лаборатории, настолько быстро и эффективно, что может поглотить и обнаружить один фотон и восстановиться для приема следующего за наносекунды. Исследователи создали массив сужающихся нанопроводов, которые преобразуют входящие фотоны в электрический ток, который можно усилить и зафиксировать.

Применения, которые могут выиграть от такого надежного детектирования одиночных фотонов, включают:

• Дистанционное зондирование и высокоскоростную съемку из космоса.
• Получение высокодетальных 3D-изображений на больших расстояниях.
• Квантовую связь.
• Обнаружение синглетного кислорода для контроля дозы при лечении рака.

Полупроводниковый массив нанопроводов достигает высокой скорости, временного разрешения и эффективности благодаря:

• Качеству материалов.
• Количеству нанопроводов.
• Профилю легирования.
• Оптимизации формы и расположения нанопроводов.

Сенсор обнаруживает широкий спектр света с высокой эффективностью и временным разрешением, работая при комнатной температуре. Спектр поглощения можно расширить еще дальше, используя другие материалы, например, заменив фосфид индия (InP) на арсенид галлия-индия (InGaAs) для работы на телекоммуникационных длинах волн.

После оснащения подходящей электроникой и портативной системой охлаждения сенсор будет готов к испытаниям за пределами лаборатории.

Исследование «Tapered InP nanowire arrays for efficient broadband high-speed single photon detection» было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology 4 марта в сотрудничестве с Технологическим университетом Эйндховена. Работа была частично поддержана Фондом передового опыта первых исследований Канады (CFREF).