Neue Technologie vonQuantenfotodetektor
Der weltweit kleinste Quantum-SiliziumchipFotodetektor
Kürzlich gelang einem Forscherteam im Vereinigten Königreich ein wichtiger Durchbruch bei der Miniaturisierung der Quantentechnologie: Es gelang ihnen, den kleinsten Quantenfotodetektor der Welt in einen Siliziumchip zu integrieren. Die Arbeit mit dem Titel „Ein Bi-CMOS-Quantumlichtdetektor mit elektronischer photonischer integrierter Schaltung“ wird in Science Advances veröffentlicht. In den 1960er Jahren miniaturisierten Wissenschaftler und Ingenieure erstmals Transistoren auf billigen Mikrochips, eine Innovation, die das Informationszeitalter einläutete. Jetzt haben Wissenschaftler zum ersten Mal 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. Um die nächste Generation fortschrittlicher Informationstechnologie zu verwirklichen, ist die Herstellung leistungsstarker elektronischer und photonischer Geräte in großem Maßstab die Grundlage. Die Herstellung von Quantentechnologie in bestehenden kommerziellen Anlagen ist eine ständige Herausforderung für die universitäre Forschung und Unternehmen auf der ganzen Welt. Für das Quantencomputing ist es von entscheidender Bedeutung, leistungsstarke Quantenhardware im großen Maßstab herstellen zu können, denn selbst der Bau eines Quantencomputers erfordert eine große Anzahl an Komponenten.
Forscher im Vereinigten Königreich haben einen Quantenfotodetektor mit einer integrierten Schaltkreisfläche von nur 80 Mikrometern mal 220 Mikrometern demonstriert. Aufgrund dieser geringen Größe können Quantenfotodetektoren sehr schnell sein, was für die Erschließung hoher Geschwindigkeiten unerlässlich istQuantenkommunikationund ermöglicht den Hochgeschwindigkeitsbetrieb optischer Quantencomputer. Die Verwendung etablierter und kommerziell verfügbarer Herstellungstechniken erleichtert die frühzeitige Anwendung auf andere Technologiebereiche wie Sensorik und Kommunikation. Solche Detektoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen in der Quantenoptik eingesetzt, können bei Raumtemperatur betrieben werden und eignen sich für die Quantenkommunikation, äußerst empfindliche Sensoren wie hochmoderne Gravitationswellendetektoren und für das Design bestimmter Quanten Computer.
Obwohl diese Detektoren schnell und klein sind, sind sie auch sehr empfindlich. Der Schlüssel zur Messung von Quantenlicht ist die Empfindlichkeit gegenüber Quantenrauschen. Die Quantenmechanik erzeugt in allen optischen Systemen winzige, grundlegende Rauschpegel. Das Verhalten dieses Rauschens gibt Aufschluss über die Art des im System übertragenen Quantenlichts, kann die Empfindlichkeit des optischen Sensors bestimmen und kann zur mathematischen Rekonstruktion des Quantenzustands verwendet werden. Die Studie zeigte, dass die Verkleinerung und Geschwindigkeit des optischen Detektors seine Empfindlichkeit bei der Messung von Quantenzuständen nicht beeinträchtigt. In Zukunft planen die Forscher, weitere bahnbrechende Quantentechnologie-Hardware auf Chip-Ebene zu integrieren und so die Effizienz der neuen Hardware weiter zu verbessernoptischer Detektorund testen Sie es in verschiedenen Anwendungen. Um den Detektor breiter verfügbar zu machen, stellte das Forschungsteam ihn mit handelsüblichen Fontänen her. Das Team betont jedoch, dass es von entscheidender Bedeutung ist, die Herausforderungen einer skalierbaren Fertigung mit Quantentechnologie weiterhin anzugehen. Ohne den Nachweis einer wirklich skalierbaren Herstellung von Quantenhardware werden sich die Auswirkungen und Vorteile der Quantentechnologie verzögern und begrenzt sein. Dieser Durchbruch markiert einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu groß angelegten Anwendungen vonQuantentechnologie, und die Zukunft des Quantencomputings und der Quantenkommunikation ist voller endloser Möglichkeiten.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Geräteprinzips.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.12.2024