Прорив у квантовій технології. Учені зуміли впровадити датчик світла в кремнієвий чип
Ця інновація наближає нас до нової епохи квантових технологій, що використовують світло.
Результати роботи були опубліковані в журналі Science Advances у статті під назвою «Бі-КМОП електронна фотонна інтегральна схема квантового детектора світла».
Подібно до того, як у 1960-х роках вчені та інженери змогли імплантувати транзистори в мікрочипи, що стали основою інформаційної епохи, брістольські науковці вперше інтегрували квантовий детектор світла розміром меншим за людську волосину в кремнієвий чип. Цей прорив є важливим кроком до масштабування квантових технологій.
Масштабне виробництво високопродуктивної електроніки та фотоніки є ключовим для створення наступного покоління інформаційних технологій. Вчені по всьому світу шукають способи створення квантових технологій на наявних комерційних об'єктах. Критичним фактором для квантових обчислень є створення високопродуктивного квантового обладнання у великих масштабах, оскільки для створення однієї машини знадобиться величезна кількість компонентів.
Дослідники з Брістольського університету продемонстрували квантовий детектор світла, реалізований на чипі розміром 80 на 220 мікрометрів. Цей невеликий розмір дає змогу детектору бути швидким, що є ключовим для високошвидкісного квантового зв’язку та оптичних квантових комп’ютерів.
Використання усталених і комерційно доступних технологій виробництва відкриває перспективи для раннього впровадження в інші технології, такі як зондування і зв’язок. «Такі детектори називаються гомодинними детекторами, і вони з’являються всюди в додатках квантової оптики», — пояснює професор Джонатан Метьюз, керівник дослідження і директор лабораторії квантової інженерії.
«Вони працюють при кімнатній температурі і можуть використовуватися для квантового зв’язку в неймовірно чутливих датчиках, таких як сучасні детектори гравітаційних хвиль, і в конструкціях квантових комп’ютерів, які будуть використовувати ці детектори», — додав він.
У 2021 році команда з Брістоля показала, як об'єднання фотонного чипа з окремим електронним чипом може збільшити швидкість детекторів квантового світла. Тепер, завдяки інтеграції електронно-фотонного чипа, команда збільшила швидкість у 10 разів, одночасно зменшивши площу, яку займає, у 50 разів.
Незважаючи на свої розміри та швидкість, ці детектори залишаються дуже чутливими. «Ключем до вимірювання квантового світла є чутливість до квантового шуму», — пояснює доктор Джакомо Ферранті, автор дослідження. Квантова механіка визначає мінімальний рівень шуму в оптичних системах, а вимірювання цього шуму дає змогу визначити характеристики квантового світла, чутливість оптичного датчика та реконструювати квантові стани.
Автори наголошують на необхідності подальших досліджень з інтеграції інших революційних апаратних засобів квантових технологій. Необхідно підвищити ефективність нового детектора і протестувати його в різних додатках.
«Ми побудували детектор на комерційно доступному ливарному заводі, щоб зробити його застосування доступнішим, — додав професор Метьюз. — Хоча ми натхнені перспективами для різних квантових технологій, важливо продовжувати працювати над масштабованим виробництвом квантового обладнання. Без цього демонстрація по-справжньому масштабованого виробництва і переваг квантових технологій буде обмежена».
