Neue Technologie vonQuantenfotodetektor
Der kleinste Siliziumchip der Welt (Quanten)Fotodetektor
Einem Forschungsteam in Großbritannien ist kürzlich ein wichtiger Durchbruch bei der Miniaturisierung von Quantentechnologie gelungen: Es integrierte den weltweit kleinsten Quantenfotodetektor in einen Siliziumchip. Die Arbeit mit dem Titel „A Bi-CMOS electronic photonic integrated circuit quantum light detector“ wurde in Science Advances veröffentlicht. In den 1960er-Jahren miniaturisierten Wissenschaftler und Ingenieure erstmals Transistoren auf kostengünstigen Mikrochips – eine Innovation, die das Informationszeitalter einleitete. Nun haben Wissenschaftler erstmals die Integration von Quantenfotodetektoren, die dünner als ein menschliches Haar sind, auf einem Siliziumchip demonstriert und uns damit einem Zeitalter der Quantentechnologie, die Licht nutzt, einen Schritt näher gebracht. Die Grundlage für die Realisierung der nächsten Generation fortschrittlicher Informationstechnologie bildet die großflächige Fertigung von Hochleistungselektronik und -photonik. Die Herstellung von Quantentechnologie in bestehenden Produktionsanlagen stellt eine ständige Herausforderung für Universitäten und Unternehmen weltweit dar. Die Fähigkeit, Hochleistungs-Quantenhardware in großem Maßstab herzustellen, ist entscheidend für das Quantencomputing, da selbst der Bau eines Quantencomputers eine Vielzahl von Komponenten erfordert.
Forscher in Großbritannien haben einen Quantenfotodetektor mit einer integrierten Schaltkreisfläche von nur 80 x 220 Mikrometern entwickelt. Diese geringe Größe ermöglicht extrem schnelle Quantenfotodetektoren, was für die Realisierung von Hochgeschwindigkeitstechnologien unerlässlich ist.Quantenkommunikationund ermöglichen den Hochgeschwindigkeitsbetrieb optischer Quantencomputer. Durch die Verwendung etablierter und kommerziell verfügbarer Fertigungstechniken ist eine frühzeitige Anwendung in anderen Technologiebereichen wie Sensorik und Kommunikation möglich. Solche Detektoren werden in vielfältigen Anwendungen der Quantenoptik eingesetzt, können bei Raumtemperatur betrieben werden und eignen sich für Quantenkommunikation, hochempfindliche Sensoren wie modernste Gravitationswellendetektoren sowie für die Entwicklung bestimmter Quantencomputer.
Obwohl diese Detektoren schnell und klein sind, sind sie auch sehr empfindlich. Der Schlüssel zur Messung von Quantenlicht liegt in der Empfindlichkeit gegenüber Quantenrauschen. Die Quantenmechanik erzeugt in allen optischen Systemen winzige, grundlegende Rauschpegel. Das Verhalten dieses Rauschens liefert Informationen über die Art des im System übertragenen Quantenlichts, kann die Empfindlichkeit des optischen Sensors bestimmen und zur mathematischen Rekonstruktion des Quantenzustands genutzt werden. Die Studie zeigte, dass die Verkleinerung und Erhöhung der Geschwindigkeit des optischen Detektors seine Empfindlichkeit gegenüber der Messung von Quantenzuständen nicht beeinträchtigte. Zukünftig planen die Forscher, weitere bahnbrechende Quantentechnologie-Hardware auf Chipebene zu integrieren und die Effizienz des neuen Systems weiter zu verbessern.optischer Detektorund wurde in verschiedenen Anwendungen getestet. Um den Detektor breiter verfügbar zu machen, fertigte das Forschungsteam ihn mit handelsüblichen Quantenquellen. Das Team betont jedoch, dass es entscheidend ist, die Herausforderungen der skalierbaren Fertigung mit Quantentechnologie weiterhin anzugehen. Ohne den Nachweis einer wirklich skalierbaren Quantenhardware-Fertigung werden die Auswirkungen und Vorteile der Quantentechnologie verzögert und begrenzt bleiben. Dieser Durchbruch ist ein wichtiger Schritt hin zu großflächigen Anwendungen.QuantentechnologieUnd die Zukunft des Quantencomputings und der Quantenkommunikation ist voller unendlicher Möglichkeiten.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Funktionsprinzips des Geräts.
Veröffentlichungsdatum: 03.12.2024