Νέα τεχνολογία τουκβαντικός φωτοανιχνευτής
Το μικρότερο κβαντικό τσιπ πυριτίου στον κόσμοφωτοανιχνευτής
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Ηνωμένο Βασίλειο έκανε μια σημαντική ανακάλυψη στη σμίκρυνση της κβαντικής τεχνολογίας, καθώς ενσωμάτωσαν με επιτυχία τον μικρότερο κβαντικό φωτοανιχνευτή στον κόσμο σε ένα τσιπ πυριτίου. Η εργασία, με τίτλο «A Bi-CMOS ηλεκτρονικό φωτονικό ολοκληρωμένο κύκλωμα κβαντικό ανιχνευτή φωτός», δημοσιεύεται στο Science Advances. Στη δεκαετία του 1960, επιστήμονες και μηχανικοί δημιούργησαν για πρώτη φορά τρανζίστορ σε φθηνά μικροτσίπ, μια καινοτομία που εγκαινίασε την εποχή της πληροφορίας. Τώρα, οι επιστήμονες απέδειξαν για πρώτη φορά την ενσωμάτωση κβαντικών φωτοανιχνευτών πιο λεπτών από ανθρώπινη τρίχα σε ένα τσιπ πυριτίου, φέρνοντάς μας ένα βήμα πιο κοντά σε μια εποχή κβαντικής τεχνολογίας που χρησιμοποιεί φως. Για την υλοποίηση της επόμενης γενιάς προηγμένης τεχνολογίας πληροφοριών, η μεγάλης κλίμακας κατασκευή ηλεκτρονικού και φωτονικού εξοπλισμού υψηλής απόδοσης είναι το θεμέλιο. Η κατασκευή κβαντικής τεχνολογίας σε υπάρχουσες εμπορικές εγκαταστάσεις είναι μια διαρκής πρόκληση για την πανεπιστημιακή έρευνα και τις εταιρείες σε όλο τον κόσμο. Η δυνατότητα κατασκευής κβαντικού υλικού υψηλής απόδοσης σε μεγάλη κλίμακα είναι ζωτικής σημασίας για τους κβαντικούς υπολογιστές, επειδή ακόμη και η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή απαιτεί μεγάλο αριθμό εξαρτημάτων.
Ερευνητές στο Ηνωμένο Βασίλειο κατέδειξαν έναν κβαντικό φωτοανιχνευτή με εμβαδόν ολοκληρωμένου κυκλώματος μόλις 80 μικρά επί 220 μικρά. Ένα τόσο μικρό μέγεθος επιτρέπει στους κβαντικούς φωτοανιχνευτές να είναι πολύ γρήγοροι, κάτι που είναι απαραίτητο για το ξεκλείδωμα υψηλής ταχύτηταςκβαντική επικοινωνίακαι επιτρέπει τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας οπτικών κβαντικών υπολογιστών. Η χρήση καθιερωμένων και εμπορικά διαθέσιμων τεχνικών κατασκευής διευκολύνει την πρώιμη εφαρμογή σε άλλους τεχνολογικούς τομείς όπως η ανίχνευση και οι επικοινωνίες. Τέτοιοι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών στην κβαντική οπτική, μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασία δωματίου και είναι κατάλληλοι για κβαντικές επικοινωνίες, εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες όπως ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων τελευταίας τεχνολογίας και στο σχεδιασμό ορισμένων κβαντικών υπολογιστές.
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 κβαντομηχανική 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 τη μαθηματική ανακατασκευή της κβαντικής κατάστασης. Η μελέτη έδειξε ότι το να γίνει ο οπτικός ανιχνευτής μικρότερος και ταχύτερος δεν εμπόδισε την ευαισθησία του στη μέτρηση κβαντικών καταστάσεων. Στο μέλλον, οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν άλλο υλικό διασπαστικής κβαντικής τεχνολογίας στην κλίμακα τσιπ, βελτιώνοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητα του νέουοπτικός ανιχνευτήςκαι δοκιμάστε το σε μια ποικιλία διαφορετικών εφαρμογών. Για να καταστήσει τον ανιχνευτή ευρύτερα διαθέσιμο, η ερευνητική ομάδα τον κατασκεύασε χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμα σιντριβάνια. Ωστόσο, η ομάδα τονίζει ότι είναι σημαντικό να συνεχίσουμε να αντιμετωπίζουμε τις προκλήσεις της κλιμακούμενης κατασκευής με την κβαντική τεχνολογία. Χωρίς την επίδειξη πραγματικά κλιμακούμενης κατασκευής κβαντικού υλικού, ο αντίκτυπος και τα οφέλη της κβαντικής τεχνολογίας θα καθυστερήσουν και θα περιοριστούν. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς την επίτευξη μεγάλης κλίμακας εφαρμογών τουκβαντική τεχνολογία, και το μέλλον των κβαντικών υπολογιστών και της κβαντικής επικοινωνίας είναι γεμάτο ατελείωτες δυνατότητες.
Εικόνα 2: Σχηματικό διάγραμμα της αρχής της συσκευής.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-03-2024