Новая технологияквантовый фотодетектор
Самый маленький в мире кремниевый квантовый чипфотодетектор
Недавно исследовательская группа в Великобритании совершила важный прорыв в миниатюризации квантовых технологий, они успешно интегрировали самый маленький в мире квантовый фотодетектор в кремниевый чип. Работа под названием «Би-КМОП электронная фотонная интегральная схема квантового светового детектора» опубликована в журнале Science Advances. В 1960-х годах ученые и инженеры впервые миниатюризировали транзисторы на дешевых микрочипах, что стало инновацией, открывшей информационный век. Теперь ученые впервые продемонстрировали интеграцию квантовых фотодетекторов тоньше человеческого волоса на кремниевый чип, приблизив нас на один шаг к эре квантовых технологий, использующих свет. Для реализации следующего поколения передовых информационных технологий основой является крупномасштабное производство высокопроизводительного электронного и фотонного оборудования. Производство квантовых технологий на существующих коммерческих предприятиях является постоянной проблемой для университетских исследований и компаний по всему миру. Возможность производить высокопроизводительное квантовое оборудование в больших масштабах имеет решающее значение для квантовых вычислений, поскольку даже для создания квантового компьютера требуется большое количество компонентов.
Исследователи из Великобритании продемонстрировали квантовый фотодетектор с площадью интегральной схемы всего 80 мкм на 220 мкм. Такой малый размер позволяет квантовым фотодетекторам быть очень быстрыми, что необходимо для разблокировки высокоскоростныхквантовая коммуникацияи обеспечение высокоскоростной работы оптических квантовых компьютеров. Использование устоявшихся и коммерчески доступных производственных технологий облегчает раннее применение в других технологических областях, таких как зондирование и связь. Такие детекторы используются в самых разных приложениях в квантовой оптике, могут работать при комнатной температуре и подходят для квантовой связи, чрезвычайно чувствительных датчиков, таких как современные детекторы гравитационных волн, и в разработке некоторых квантовых компьютеров.
Хотя эти детекторы быстрые и маленькие, они также очень чувствительны. Ключом к измерению квантового света является чувствительность к квантовому шуму. Квантовая механика создает крошечные, базовые уровни шума во всех оптических системах. Поведение этого шума раскрывает информацию о типе квантового света, передаваемого в системе, может определять чувствительность оптического датчика и может использоваться для математической реконструкции квантового состояния. Исследование показало, что уменьшение размера и скорости оптического детектора не повлияло на его чувствительность к измерению квантовых состояний. В будущем исследователи планируют интегрировать другое прорывное квантовое технологическое оборудование в масштаб чипа, еще больше повысить эффективность новогооптический детектор, и протестировать его в различных приложениях. Чтобы сделать детектор более доступным, исследовательская группа изготовила его с использованием коммерчески доступных фонтанчиков. Однако группа подчеркивает, что крайне важно продолжать решать проблемы масштабируемого производства с помощью квантовой технологии. Без демонстрации действительно масштабируемого производства квантового оборудования влияние и преимущества квантовой технологии будут отсрочены и ограничены. Этот прорыв знаменует собой важный шаг на пути к достижению крупномасштабных приложенийквантовая технология, а будущее квантовых вычислений и квантовой связи полно бесконечных возможностей.
Рисунок 2: Принципиальная схема устройства.
Время публикации: 03.12.2024