Νέα τεχνολογία τουκβαντικός φωτοανιχνευτής
Το μικρότερο κβαντικό τσιπ πυριτίου στον κόσμοφωτοανιχνευτής
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Ηνωμένο Βασίλειο έχει κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στη μικροσκοπική κβαντική τεχνολογία, ενσωμάτωσαν με επιτυχία το μικρότερο κβαντικό φωτοανιχνευτή στον κόσμο σε ένα τσιπ πυριτίου. Το έργο, με τίτλο "Ένας ηλεκτρονικός ανιχνευτής κβαντικού φωτός BI-CMOS", δημοσιεύεται στο Science Advances. Στη δεκαετία του 1960, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πρώτα μικροσκοπικά τρανζίστορ σε φτηνές μικροτσίπ, μια καινοτομία που προκάλεσε στην εποχή της πληροφόρησης. Τώρα, οι επιστήμονες έχουν για πρώτη φορά την ενσωμάτωση των κβαντικών φωτοανιχνευτών λεπτότερων από ένα ανθρώπινο μαλλιά σε ένα τσιπ πυριτίου, φέρνοντας μας ένα βήμα πιο κοντά σε μια εποχή κβαντικής τεχνολογίας που χρησιμοποιεί φως. Για να συνειδητοποιήσουμε την επόμενη γενιά προηγμένης τεχνολογίας πληροφοριών, η παραγωγή μεγάλης κλίμακας κατασκευής υψηλής απόδοσης ηλεκτρονικού και φωτονικού εξοπλισμού είναι το θεμέλιο. Η παραγωγή κβαντικής τεχνολογίας στις υπάρχουσες εμπορικές εγκαταστάσεις αποτελεί συνεχή πρόκληση για την έρευνα και τις εταιρείες σε όλο τον κόσμο. Η δυνατότητα κατασκευής κβαντικού υλικού υψηλής απόδοσης σε μεγάλη κλίμακα είναι ζωτικής σημασίας για την κβαντική υπολογιστική, επειδή ακόμη και η οικοδόμηση ενός κβαντικού υπολογιστή απαιτεί μεγάλο αριθμό εξαρτημάτων.
Οι ερευνητές στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν επιδείξει έναν κβαντικό φωτοανιχνευτή με ολοκληρωμένη περιοχή κυκλώματος μόλις 80 μικρών με 220 microns. Ένα τέτοιο μικρό μέγεθος επιτρέπει στους κβαντικούς φωτοανιχνευτές να είναι πολύ γρήγοροι, κάτι που είναι απαραίτητο για το ξεκλείδωμα υψηλής ταχύτηταςκβαντική επικοινωνίακαι επιτρέποντας τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας των οπτικών κβαντικών υπολογιστών. Η χρήση καθιερωμένων και εμπορικά διαθέσιμων τεχνικών κατασκευής διευκολύνει την έγκαιρη εφαρμογή σε άλλους τομείς τεχνολογίας, όπως η ανίχνευση και οι επικοινωνίες. Αυτοί οι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών στην κβαντική οπτική, μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου και είναι κατάλληλες για κβαντικές επικοινωνίες, εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες όπως υπερσύγχρονες ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων και στο σχεδιασμό ορισμένων κβαντικών υπολογιστών.
Αν και αυτοί οι ανιχνευτές είναι γρήγοροι και μικροί, είναι επίσης πολύ ευαίσθητοι. Το κλειδί για τη μέτρηση του κβαντικού φωτός είναι η ευαισθησία στον κβαντικό θόρυβο. Η κβαντική μηχανική παράγει μικροσκοπικά βασικά επίπεδα θορύβου σε όλα τα οπτικά συστήματα. Η συμπεριφορά αυτού του θορύβου αποκαλύπτει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο του κβαντικού φωτός που μεταδίδεται στο σύστημα, μπορεί να καθορίσει την ευαισθησία του οπτικού αισθητήρα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μαθηματική ανακατασκευή της κβαντικής κατάστασης. Η μελέτη έδειξε ότι η καθιστώντας τον οπτικό ανιχνευτή μικρότερο και ταχύτερο δεν εμπόδισε την ευαισθησία του στη μέτρηση των κβαντικών καταστάσεων. Στο μέλλον, οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν άλλα αποδιοργανωτικά υλικό κβαντικής τεχνολογίας στην κλίμακα τσιπ, βελτιώνουν περαιτέρω την αποτελεσματικότητα του νέουοπτικός ανιχνευτής, και δοκιμάστε το σε μια ποικιλία διαφορετικών εφαρμογών. Για να καταστήσει τον ανιχνευτή ευρύτερα διαθέσιμο, η ερευνητική ομάδα το κατασκευάζει χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμους σιντριβάνι. Ωστόσο, η ομάδα τονίζει ότι είναι κρίσιμο να συνεχίσουμε να αντιμετωπίζουμε τις προκλήσεις της κλιμακωτής κατασκευής με κβαντική τεχνολογία. Χωρίς να αποδεικνύει πραγματικά κλιμακωτή κατασκευή κβαντικού υλικού, ο αντίκτυπος και τα οφέλη της κβαντικής τεχνολογίας θα καθυστερήσει και θα περιοριστεί. Αυτή η ανακάλυψη σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς την επίτευξη μεγάλης κλίμακας εφαρμογές τουκβαντική τεχνολογία, και το μέλλον της κβαντικής πληροφορικής και της κβαντικής επικοινωνίας είναι γεμάτο ατελείωτες δυνατότητες.
Εικόνα 2: Σχηματικό διάγραμμα της αρχής της συσκευής.
Χρόνος δημοσίευσης: Δεκέμβριος-03-2024