Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa

Taiteilijan kuvaus yksittäisestä fotonipulssista, ja kapenevien puolijohteisten nanolankojen ryhmän muodostaman fotoilmaisimen, vuorovaikutuksesta.

Waterloo University of Quantum Computing (IQC) -instituutin tutkijoiden kehittämä uusi kvanttianturi osoittaa, että se voi ylittää olemassa olevat teknologiat ja lupaa merkittäviä edistysaskeleita pitkän kantaman 3D-kuvantamisessa ja syöpähoitojen onnistumisen seurannassa.

Anturit ovat ensimmäisiä laatuaan, ja ne perustuvat puolijohdekomponentteihin, jotka pystyvät havaitsemaan yksittäiset valon hiukkaset, korkealla ajoitusresoluutiolla, nopeudella ja tehokkuudella ennennäkemättömällä aallonpituusalueella.

Yhteistyössä Eindhovenin teknillisen yliopiston tutkijoiden kanssa kehitetyllä teknologialla on myös mahdollisuus parantaa merkittävästi kvanttiviestintää ja kaukokartoitusta.

”Anturin on oltava erittäin tehokas valon havaitsemiseksi. Tällaisissa sovelluksissa, kuten kvanttitutkassa, valvonnassa, yöaikaisissa operaatioissa, hyvin vähän valon hiukkasia palaa laitteeseen. ”Näissä tapauksissa halutaan pystyä havaitsemaan jokainen yksittäinen fotoni, joka tulee laitteeseen,” sanoo johtava tutkija Michael Reimer ja IQC:n apulaisprofessori.

Toteutuksessa käytetään katkaistua kartiomaisia InP nanolankojen p-n -liitoksien ryhmiä korkean hyötysuhteen, laajakaistaisen ja suuren nopeuden valoilmaisuun huonelämpötilassa toimivilla rakenteilla. Lyhennetty kartiomainen nanolangan muoto mahdollistaa lavean noin 500 nanometrin kaistanlevyisen, lineaarisen fotovasteen ultravioletti- ja infrapuna-alueella, niin että ulkoiset kvanttitehokkuudet ylittävät 85%.

Reimerin laboratoriossa suunniteltu seuraavan sukupolven kvanttianturi on niin nopea ja tehokas, että se pystyy absorboimaan ja havaitsemaan yksittäisen fotonin ja päivittymään seuraavaan nanosekunnin aikana.

Kaukomittaus, nopea kuvantaminen avaruudesta, pitkän kantaman korkean resoluution 3D-kuvien hankkiminen, kvanttiviestintä ja yksittäisen hapen tunnistus annostarkkailussa syövän hoidossa ovat kaikki sovelluksia, jotka voisivat hyötyä siitä, mitä tämä uusi kvanttisensori tarjoaa.

Reimer korostaa, että taajuuksien absorboitumista voidaan laajentaa entisestään eri materiaaleilla.

”Tämä laite käyttää indiumfosfidi (InP) nanolankoja. Esimerkiksi materiaalin vaihtaminen Indium Gallium Arsenideksi (InGaAs) voi laajentaa kaistanleveyttä entisestään tietoliikenteen aallonpituuksiin samalla, kun suorituskyky säilyy”, Reimer kertoo.

Aiheesta aiemmin:

Huonelämpöinen alusta kvanttiteknologialle

Kvanttitekninen tutka