Der innovative PEACOQ-Detektor der NASA soll den Quanteninformationsaustausch verändern
Zusammen mit Caltech hat die NASA einen brandneuen Detektor entwickelt, der den Austausch von Quanteninformationen revolutionieren wird. Der Name des Detektors lautet Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ). Es ist unglaublich präzise und kann eine große Anzahl einzelner Photonen oder Quantenteilchen des Lichts zählen. Der Detektor hat einen Durchsatz von 1,5 Milliarden Photonen pro Sekunde.
Mit einer Genauigkeit von 100 Billionstel Sekunden ist der PEACOQ-Detektor in der Lage, den genauen Moment zu bestimmen, in dem jedes Photon auf ihn trifft. Der Detektor kann die riesigen Mengen an Quantendaten verändern. Beim Quantencomputing sind Qubits essentielle Teilchen, wie Elektronen und Photonen, die als Informationsspeichereinheiten dienen. Qubits können nicht mehr als einmal dupliziert oder übertragen werden, ohne dass sie verloren gehen. Zwei Quantencomputer-Terminals am Boden, Hunderte oder vielleicht Tausende Kilometer voneinander entfernt, würden verschränkte Photonen empfangen.
Eine neu entwickelte Detektortechnologie wie PEACOQ kann einzelne Photonen mit einer Genauigkeit von Bruchteilen einer Nanosekunde überwachen. Dadurch ist es möglich, Quanteninformationen mit höheren Geschwindigkeiten und weiter als bisher zu transportieren. Herkömmliche Computer stellen Informationen als eine Folge von Einsen und Nullen dar, die als Bits bezeichnet werden. Die Bits werden durch Modems und Kommunikationsnetzwerke gesendet, bevor sie mithilfe von Funkwellen oder Lichtblitzen über Kabel, Glasfasern oder den Weltraum übertragen werden. Beim Empfang werden die Bits wieder zusammengesetzt, um die ursprünglichen Daten zu erzeugen.
Die 10.000-mal dünneren Nanodrähte des Detektors müssen auf einer kryogenen Temperatur von minus 272 Grad Celsius (minus 458 Grad Fahrenheit) gehalten werden. Die Temperatur liegt nur ein Grad über dem absoluten Nullpunkt. Es soll absorbierte Photonen in elektrische Pulse umwandeln, die Quantendaten übertragen. Es ist notwendig, dass der Detektor eine Empfindlichkeit besitzt, die hoch genug ist, um einzelne Photonen zu detektieren.
Allerdings muss es auch so gebaut sein, dass es von mehreren Photonen gleichzeitig bombardiert werden kann. Um die Totzeit zu minimieren, wird jeder supraleitende Nanodraht mit der geringstmöglichen Menge aufgebaut. Sobald jedoch ein Photon auf einen Nanodraht im Detektor trifft, verliert es vorübergehend seine Fähigkeit, ein anderes Photon zu erkennen. PEACOQ hat 32 Nanodrähte, sodass, wenn einer „tot“ ist, die anderen die Last übernehmen können.
Der PEACOQ-Detektor wird in Laborexperimenten eingesetzt, um schnellere Quantenkommunikation oder Kommunikation über größere Entfernungen zu demonstrieren. In Zukunft könnte diese Technologie eine Lösung für die Herausforderung bieten, Quantendaten rund um die Welt zu übertragen. Als Teil einer umfassenderen NASA-Initiative, die darauf abzielt, die optische Kommunikation im freien Weltraum zwischen dem Weltraum und der Erde zu ermöglichen, wurde der Detektor für die Demonstration der Deep Space Optical Communications-Technologie der NASA entwickelt. Die Psyche-Mission der NASA wird dieses Jahr zum ersten Mal DSOC verwenden, um zu demonstrieren, wie eine optische Kommunikation mit hoher Bandbreite zwischen der Erde und dem Weltraum funktionieren könnte.
