Ny teknik avkvantfotodetektor
Världens minsta kiselchipkvantumfotodetektor
Nyligen har ett forskarteam i Storbritannien gjort ett viktigt genombrott inom miniatyriseringen av kvantteknik. De har framgångsrikt integrerat världens minsta kvantfotodetektor i ett kiselchip. Arbetet, med titeln "A Bi-CMOS electronic photonic integrated circuit quantum light detector", 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 tunnare än ett mänskligt hårstrå på ett kiselchip, vilket för oss ett steg närmare en era av kvantteknik som använder ljus. För att förverkliga nästa generations avancerade informationsteknik är storskalig tillverkning av högpresterande elektronisk och fotonisk utrustning grunden. Tillverkning av kvantteknik 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 kvantberäkning, 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 sådan liten storlek gör att kvantfotodetektorer kan vara mycket snabba, vilket är avgörande för att låsa upp höghastighetsteknik.kvantkommunikationoch möjliggör höghastighetsdrift av optiska kvantdatorer. Användning av etablerade och kommersiellt tillgängliga tillverkningstekniker underlättar tidig tillämpning inom andra teknikområden såsom sensorer och kommunikation. Sådana detektorer används i en mängd olika tillämpningar inom kvantoptik, kan arbeta i rumstemperatur och är lämpliga för kvantkommunikation, extremt känsliga sensorer såsom toppmoderna gravitationsvågsdetektorer och vid design av vissa kvantdatorer.
Även om dessa detektorer är snabba och små, är de också mycket känsliga. Nyckeln till att mäta kvantljus är känsligheten för kvantbrus. Kvantmekanik producerar små, grundläggande brusnivåer i alla optiska system. Brusets beteende avslöjar information om vilken typ av kvantljus som överförs 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 banbrytande kvantteknikhårdvara i chipskalan, för att ytterligare förbättra effektiviteten hos den nya ...optisk detektoroch testa den i en mängd olika tillämpningar. För att göra detektorn mer allmänt tillgänglig tillverkade forskargruppen den med kommersiellt tillgängliga fontäner. Teamet betonar dock att det är avgörande att fortsätta att ta itu med utmaningarna med skalbar tillverkning med kvantteknik. Utan att demonstrera verkligt skalbar tillverkning av kvanthårdvara kommer effekten och fördelarna med kvantteknik att försenas och begränsas. Detta genombrott markerar ett viktigt steg mot att uppnå storskaliga tillämpningar avkvantteknologi, och framtiden för kvantberäkning och kvantkommunikation är full av oändliga möjligheter.
Figur 2: Schematisk bild av anordningens princip.
Publiceringstid: 3 december 2024