Ny teknologi avkvantefotodetektor
Verdens minste silisiumbrikkekvantefotodetektor
Nylig har et forskerteam i Storbritannia gjort et viktig gjennombrudd i miniatyrisering av kvanteteknologi, de har vellykket integrert verdens minste kvantefotodetektor i en silisiumbrikke. Arbeidet, med tittelen "A Bi-CMOS elektronisk fotonisk integrert krets kvantelysdetektor," er publisert i Science Advances. På 1960-tallet miniatyriserte forskere og ingeniører først transistorer på billige mikrobrikker, en innovasjon som innledet informasjonsalderen. Nå har forskere for første gang demonstrert integreringen av kvantefotodetektorer som er tynnere enn et menneskehår på en silisiumbrikke, noe som bringer oss et skritt nærmere en æra med kvanteteknologi som bruker lys. For å realisere neste generasjon avansert informasjonsteknologi, er storskala produksjon av høyytelses elektronisk og fotonisk utstyr grunnlaget. Å produsere kvanteteknologi i eksisterende kommersielle anlegg er en pågående utfordring for universitetsforskning og bedrifter over hele verden. Å kunne produsere høyytelses kvantemaskinvare i stor skala er avgjørende for kvantedatabehandling, fordi selv å bygge en kvantedatamaskin krever et stort antall komponenter.
Forskere i Storbritannia har demonstrert en kvantefotodetektor med et integrert kretsområde på bare 80 mikron ganger 220 mikron. En så liten størrelse gjør at kvantefotodetektorer kan være veldig raske, noe som er avgjørende for å låse opp høyhastighetskvantekommunikasjonog muliggjør høyhastighetsdrift av optiske kvantedatamaskiner. Bruk av etablerte og kommersielt tilgjengelige produksjonsteknikker letter tidlig anvendelse på andre teknologiområder som sansing og kommunikasjon. Slike detektorer brukes i en lang rekke applikasjoner innen kvanteoptikk, kan operere ved romtemperatur og er egnet for kvantekommunikasjon, ekstremt følsomme sensorer som toppmoderne gravitasjonsbølgedetektorer og i utformingen av visse kvante datamaskiner.
Selv om disse detektorene er raske og små, er de også svært følsomme. Nøkkelen til å måle kvantelys er følsomheten for kvantestøy. Kvantemekanikk produserer små, grunnleggende støynivåer i alle optiske systemer. Oppførselen til denne støyen avslører informasjon om typen kvantelys som sendes i systemet, kan bestemme følsomheten til den optiske sensoren, og kan brukes til matematisk å rekonstruere kvantetilstanden. Studien viste at å gjøre den optiske detektoren mindre og raskere ikke hindret dens følsomhet for å måle kvantetilstander. I fremtiden planlegger forskerne å integrere annen forstyrrende kvanteteknologi-maskinvare til brikkeskalaen, og forbedre effektiviteten til den nyeoptisk detektor, og test den i en rekke forskjellige applikasjoner. For å gjøre detektoren mer tilgjengelig, produserte forskerteamet den ved å bruke kommersielt tilgjengelige fontener. Teamet understreker imidlertid at det er avgjørende å fortsette å møte utfordringene med skalerbar produksjon med kvanteteknologi. Uten å demonstrere virkelig skalerbar kvantemaskinvareproduksjon, vil virkningen og fordelene med kvanteteknologi bli forsinket og begrenset. Dette gjennombruddet markerer et viktig skritt mot å oppnå storskala anvendelser avkvanteteknologi, og fremtiden for kvanteberegning og kvantekommunikasjon er full av uendelige muligheter.
Figur 2: Skjematisk diagram av enhetsprinsippet.
Innleggstid: Des-03-2024