Samen met Caltech heeft NASA een gloednieuwe detector gemaakt die een revolutie teweeg zal brengen in de uitwisseling van kwantuminformatie. De naam van de detector is Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ). Het is ongelooflijk nauwkeurig en kan een groot aantal individuele fotonen of kwantumdeeltjes van licht tellen. De detector heeft een doorvoer van 1,5 miljard fotonen per seconde.
Met een nauwkeurigheid van 100 biljoenste van een seconde is de PEACOQ-detector in staat om het exacte moment te bepalen waarop elk foton het raakt. De detector kan de enorme hoeveelheden kwantumgegevens veranderen. In quantumcomputing zijn qubits essentiële deeltjes, zoals elektronen en fotonen, die dienen als informatieopslageenheden. Qubits kunnen niet meer dan één keer worden gedupliceerd of verzonden zonder verloren te gaan. Twee kwantumcomputerterminals op de grond, honderden of misschien wel duizenden kilometers van elkaar verwijderd, zouden verstrengelde fotonen ontvangen.
Een nieuw ontwikkelde detectortechnologie, zoals PEACOQ, kan afzonderlijke fotonen bewaken met een nauwkeurigheid van een fractie van een nanoseconde. Dit maakt het mogelijk om kwantuminformatie met hogere snelheden en verder te transporteren dan voorheen mogelijk was. Traditionele computers geven informatie weer als een reeks van 1-en en 0-en, bits genoemd. De bits worden via modems en communicatienetwerken verzonden voordat ze via kabels, optische vezels of de ruimte worden overgedragen met behulp van radiogolven of lichtflitsen. Na ontvangst worden de bits weer in elkaar gezet om de originele gegevens te produceren.
De 10.000 keer dunnere nanodraden van de detector moeten op een cryogene temperatuur van minus 272 graden Celsius (minus 458 graden Fahrenheit) worden gehouden. De temperatuur is slechts een graad hoger dan het absolute nulpunt. Het is bedoeld om geabsorbeerde fotonen om te zetten in elektrische pulsen die kwantumgegevens verzenden. Het is noodzakelijk dat de detector een gevoeligheidsniveau heeft dat hoog genoeg is om enkele fotonen te detecteren.
Het moet echter ook worden gebouwd om te worden gebombardeerd door meerdere fotonen tegelijk. Om dode tijd te minimaliseren, wordt elke supergeleidende nanodraad geconstrueerd met zo min mogelijk materiaal. Zodra een foton echter een nanodraad in de detector raakt, verliest het tijdelijk zijn vermogen om een ander foton te detecteren. PEACOQ heeft 32 nanodraden zodat wanneer er één “dood” is, de anderen de last kunnen oppikken.
De PEACOQ-detector zal worden gebruikt in laboratoriumexperimenten om snellere kwantumcommunicatie of communicatie over grotere afstanden aan te tonen. In de toekomst zou deze technologie een oplossing kunnen bieden voor de uitdaging om kwantumgegevens over de hele wereld te verzenden. Als onderdeel van een breder NASA-initiatief gericht op het mogelijk maken van optische communicatie in de vrije ruimte tussen de ruimte en de grond, is de detector gemaakt voor NASA’s Deep Space Optical Communications-technologiedemonstratie. NASA’s Psyche-missie zal dit jaar voor het eerst DSOC gebruiken, met als doel te demonstreren hoe optische communicatie met hoge bandbreedte tussen de aarde en de verre ruimte zou kunnen werken.
