Ny teknik avkvantfotodetektor
Världens minsta kiselchipkvantumfotodetektor
Nyligen har ett forskarlag i Storbritannien gjort ett viktigt genombrott i miniatyriseringen av kvantteknologi, de har framgångsrikt integrerat världens minsta kvantfotodetektor i ett kiselchip. Verket, med titeln "A Bi-CMOS elektronisk fotonisk integrerad krets kvantljusdetektor", publiceras i Science Advances. På 1960-talet miniatyriserade forskare och ingenjörer först transistorer på billiga mikrochips, en innovation som inledde informationsåldern. Nu har forskare för första gången visat integrationen av kvantfotodetektorer som är tunnare än ett människohår på ett kiselchip, vilket för oss ett steg närmare en era av kvantteknologi som använder ljus. För att förverkliga nästa generation av avancerad informationsteknologi är storskalig tillverkning av högpresterande elektronisk och fotonisk utrustning grunden. Att tillverka kvantteknologi i befintliga kommersiella anläggningar är en ständig utmaning för universitetsforskning och företag runt om i världen. Att kunna tillverka högpresterande kvanthårdvara i stor skala är avgörande för kvantberäkningar, eftersom även att bygga en kvantdator kräver ett stort antal komponenter.
Forskare i Storbritannien har demonstrerat en kvantfotodetektor med en integrerad kretsarea på bara 80 mikron gånger 220 mikron. En så liten storlek gör att kvantfotodetektorer kan vara mycket snabba, vilket är viktigt för att låsa upp höghastighetskvantkommunikationoch möjliggör höghastighetsdrift av optiska kvantdatorer. Att använda etablerade och kommersiellt tillgängliga tillverkningstekniker underlättar tidig tillämpning på andra teknikområden som avkänning och kommunikation. Sådana detektorer används i en mängd olika applikationer inom kvantoptik, kan arbeta vid rumstemperatur och är lämpliga för kvantkommunikation, extremt känsliga sensorer såsom toppmoderna gravitationsvågsdetektorer och vid utformning av vissa kvant datorer.
Även om dessa detektorer är snabba och små, är de också mycket känsliga. Nyckeln till att mäta kvantljus är känsligheten för kvantbrus. Kvantmekaniken producerar små, grundläggande ljudnivåer i alla optiska system. Beteendet hos detta brus avslöjar information om typen av kvantljus som sänds i systemet, kan bestämma den optiska sensorns känslighet och kan användas för att matematiskt rekonstruera kvanttillståndet. Studien visade att att göra den optiska detektorn mindre och snabbare inte hindrade dess känslighet för att mäta kvanttillstånd. I framtiden planerar forskarna att integrera annan störande kvantteknologisk hårdvara i chipskalan, för att ytterligare förbättra effektiviteten hos den nyaoptisk detektor, och testa det i en mängd olika applikationer. För att göra detektorn mer allmänt tillgänglig tillverkade forskargruppen den med kommersiellt tillgängliga fontäner. Teamet betonar dock att det är avgörande att fortsätta ta itu med utmaningarna med skalbar tillverkning med kvantteknologi. Utan att demonstrera verkligt skalbar kvanthårdvarutillverkning kommer effekten och fördelarna med kvantteknologi att försenas och begränsas. Detta genombrott markerar ett viktigt steg mot att uppnå storskaliga tillämpningar avkvantteknik, och framtiden för kvantberäkning och kvantkommunikation är full av oändliga möjligheter.
Figur 2: Schematiskt diagram av enhetsprincipen.
Posttid: Dec-03-2024