Anwendung · Quantensensorik

Detektoren für Quantensensorik und Quantenbildgebung

Quantensensorik nutzt nicht-klassische Lichtzustände — verschränkte und gequetschte Photonen, Heralded Single Photons, Photonenkorrelationen — um klassische Grenzen in Empfindlichkeit, Auflösung und Rauschen zu unterschreiten. Der Detektor ist hier kein Zubehör, sondern Teil des Quantenexperiments: seine Effizienz, sein Jitter und seine Dunkelzählrate bestimmen, welche Quantenvorteile experimentell überhaupt sichtbar werden.

Wo Quantensensorik SWIR-Detektoren braucht

Viele zentrale Quantensensorik-Experimente arbeiten mit Photonenpaaren oder Emittern, deren relevante Wellenlänge im Nahinfrarot- oder SWIR-Bereich liegt — dort, wo Silizium-SPADs ihre Empfindlichkeit verlieren.

Quantenbildgebung

Ghost-Imaging, Sub-Shot-Noise-Bildgebung und Quantum-Illumination-Experimente beruhen auf koinzidenter Detektion korrelierter Photonenpaare im NIR/SWIR-Bereich.

Quantenverstärkte Mikroskopie

Photonenkorrelations- und Entangled-Photon-Mikroskopie untersuchen biologische Proben bei geringerem Photonenfluss; SWIR-Empfindlichkeit reduziert Streuung und Autofluoreszenz.

Quantenspektroskopie & OCT

Spektroskopie mit ungemessenen Photonen und Quanten-OCT nutzen Verschränkung zwischen sichtbarem und SWIR-Bereich — beide Hälften müssen effizient detektiert werden.

Atomare, molekulare & Festkörper-Sonden

Einzelphotonen-Auslese von gefangenen Ionen, NV-Zentren und Seltenerd-Dotierungen erfordert zunehmend NIR/SWIR-Abdeckung jenseits der Möglichkeiten von Silizium-SPADs.

Charakterisierung von Photonenpaarquellen

Heralding, g⁽²⁾(0)-Messungen und Hong-Ou-Mandel-Interferenz an Telekom-SPDC/SFWM-Quellen erfordern SWIR-Detektoren mit geringem Jitter und niedrigen Dunkelzählraten.

Quantennetzwerke & Repeater

Memory-basierte Repeater-Knoten und Verschränkungsverteilung über Faser benötigen feldtaugliche SWIR-Einzelphotonendetektoren an der Netzwerkschnittstelle.

Detektoranforderungen für Quantensensorik

Hohe Photonen-Detektionseffizienz

Koinzidenzraten skalieren mit η², daher vervielfacht jeder Prozentpunkt Effizienz die nutzbaren Daten.

Niedrige Dunkelzählrate

Dunkelzählraten erhöhen Zufallskoinzidenzen und verschlechtern g⁽²⁾, Sichtbarkeit und Signal-Rausch-Verhältnis.

Geringer Timing-Jitter

Enge Koinzidenzfenster unterdrücken Hintergrund und ermöglichen interferometrische Experimente wie HOM.

Labor- und feldtaugliche Betriebsweise

Kompakte, energiearme, kryogenfreie Packaging-Konzepte befreien Quantensensorik-Experimente von kryostat-zentrierter Infrastruktur.

Mehrkanal- und Array-Skalierbarkeit

Mehrpixel-Auslese ermöglicht räumlich aufgelöste Quantenbildgebung und parallele Koinzidenzkanäle.

Breite NIR/SWIR-Abdeckung

Abdeckung von ~900 nm bis in die Telekom-O- und C-Bänder passt zu den relevanten Photonenpaarquellen und Quantenemittern.

GeQDs Beitrag

Eine Germanium-auf-Silizium SPAD-Plattform als Pfad zu skalierbarer SWIR-Einzelphotonendetektion für Quantensensorik-Experimente.

GeQD entwickelt eine Ge-auf-Si SPAD-Plattform mit dem Ziel, Quantensensorik-Anwendungen ein in der Halbleitertechnik skalierbares SWIR-Detektorformat anzubieten — zunächst als fasergekoppeltes Mehrkanal-Modul für das Labor, perspektivisch als Array für räumlich aufgelöste Quantenbildgebung Ziel · modellbasiert .

Hinweis: Quantensensorik-Eignung ist ein zukünftiger Anwendungspfad. Performance-Kennzahlen für Detektionseffizienz, Dunkelzählrate und Jitter werden derzeit charakterisiert.

Detektoranforderungen für Quantensensorik mit GeQD besprechen.

Wir tauschen uns mit Quantenoptik-Gruppen, Forschungsinstituten und Systemintegratoren über Detektorspezifikationen für Quantensensorik- und Quantenbildgebungs-Experimente aus.

Universität Stuttgart – Institut für Halbleitertechnik

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