Ny teknologi afkvante fotodetektor
Verdens mindste silicium chip kvantefotodetektor
For nylig har et forskerhold i Storbritannien lavet et vigtigt gennembrud i miniaturiseringen af kvanteteknologi, de har med succes integreret verdens mindste kvantefotodetektor i en siliciumchip. Værket, med titlen "A Bi-CMOS elektronisk fotonisk integreret kredsløb kvantelysdetektor," er udgivet i Science Advances. I 1960'erne miniaturiserede videnskabsmænd og ingeniører først transistorer på billige mikrochips, en innovation, der indledte informationsalderen. Nu har forskere for første gang demonstreret integrationen af kvantefotodetektorer, der er tyndere end et menneskehår, på en siliciumchip, hvilket bringer os et skridt nærmere en æra med kvanteteknologi, der bruger lys. For at realisere den næste generation af avanceret informationsteknologi er storstilet fremstilling af højtydende elektronisk og fotonisk udstyr grundlaget. Fremstilling af kvanteteknologi i eksisterende kommercielle faciliteter er en vedvarende udfordring for universitetsforskning og virksomheder over hele verden. At kunne fremstille højtydende kvantehardware i stor skala er afgørende for kvantecomputere, fordi selv at bygge en kvantecomputer kræver et stort antal komponenter.
Forskere i Det Forenede Kongerige har demonstreret en kvantefotodetektor med et integreret kredsløbsareal på kun 80 mikron gange 220 mikron. En så lille størrelse gør det muligt for kvantefotodetektorer at være meget hurtige, hvilket er vigtigt for at låse op for høj hastighedkvantekommunikationog muliggør højhastighedsdrift af optiske kvantecomputere. Brug af etablerede og kommercielt tilgængelige fremstillingsteknikker letter tidlig anvendelse til andre teknologiområder såsom sansning og kommunikation. Sådanne detektorer bruges i en lang række applikationer inden for kvanteoptik, kan fungere ved stuetemperatur og er velegnede til kvantekommunikation, ekstremt følsomme sensorer såsom avancerede gravitationsbølgedetektorer og i design af visse kvante computere.
Selvom disse detektorer er hurtige og små, er de også meget følsomme. Nøglen til at måle kvantelys er følsomheden over for kvantestøj. Kvantemekanik producerer bittesmå, grundlæggende støjniveauer i alle optiske systemer. Opførselen af denne støj afslører information om typen af kvantelys, der transmitteres i systemet, kan bestemme følsomheden af den optiske sensor og kan bruges til matematisk at rekonstruere kvantetilstanden. Undersøgelsen viste, at det at gøre den optiske detektor mindre og hurtigere ikke hindrede dens følsomhed over for måling af kvantetilstande. I fremtiden planlægger forskerne at integrere anden forstyrrende kvanteteknologi-hardware til chip-skalaen for yderligere at forbedre effektiviteten af den nyeoptisk detektor, og test det i en række forskellige applikationer. For at gøre detektoren mere tilgængelig, fremstillede forskerholdet den ved hjælp af kommercielt tilgængelige springvand. Teamet understreger dog, at det er afgørende at fortsætte med at løse udfordringerne ved skalerbar fremstilling med kvanteteknologi. Uden at demonstrere virkelig skalerbar kvantehardwarefremstilling vil virkningen og fordelene ved kvanteteknologi blive forsinket og begrænset. Dette gennembrud markerer et vigtigt skridt i retning af at opnå storstilede anvendelser afkvanteteknologi, og fremtiden for kvanteberegning og kvantekommunikation er fuld af uendelige muligheder.
Figur 2: Skematisk diagram af enhedsprincippet.
Posttid: Dec-03-2024