Istraživači sa Univerziteta u Bristolu napravili su važan proboj u skaliranju kvantne tehnologije integracijom najsitnijeg kvantnog detektora svetlosti na svetu u silicijumski čip. Rad, „Kvantni detektor svetlosti sa elektronskim fotonskim integrisanim kolom Bi-CMOS“, objavljen je u časopisu Napredak nauke.
Kritični trenutak u otključavanju informatičkog doba bio je kada su naučnici i inženjeri prvi put mogli da minijaturiziraju tranzistore na jeftine mikro-čipove 1960-ih.
Sada, po prvi put, akademici Univerziteta u Bristolu su demonstrirali integraciju kvantnog detektora svetlosti — manjeg od ljudske kose — na silicijumski čip, pomerajući nas korak bliže dobu kvantnih tehnologija koje koriste svetlost.
Izrada elektronike i fotonike visokih performansi u velikom obimu je od suštinskog značaja za realizaciju sledeće generacije naprednih informacionih tehnologija. Smišljanje kako da se naprave kvantne tehnologije u postojećim komercijalnim objektima je stalni međunarodni napor kojim se bave univerzitetska istraživanja i kompanije širom sveta.
Moglo bi se pokazati ključnim za kvantno računarstvo da bude u stanju da napravi kvantni hardver visokih performansi u velikim razmerama zbog ogromne količine komponenti za koje se očekuje da će izgraditi čak i jednu mašinu.
U potrazi za ovim ciljem, istraživači sa Univerziteta u Bristolu su demonstrirali tip kvantnog detektora svetlosti koji je implementiran na čipu sa kolom koje zauzima 80 mikrometara sa 220 mikrometara.
Najvažnije je da mala veličina znači da kvantni detektor svetlosti može biti brz, što je ključno za otključavanje brzih kvantnih komunikacija i omogućavanje velike brzine rada optičkih kvantnih računara.
Upotreba ustaljenih i komercijalno dostupnih tehnika izrade pomaže izgledima za ranu inkorporaciju u druge tehnologije kao što su senzori i komunikacije.
„Ovi tipovi detektora se zovu homodinski detektori i pojavljuju se svuda u aplikacijama u kvantnoj optici“, objašnjava profesor Džonatan Metjuz, koji je vodio istraživanje i direktor Laboratorije za kvantno inženjerstvo.
„Oni rade na sobnoj temperaturi i možete ih koristiti za kvantne komunikacije, u neverovatno osetljivim senzorima — kao što su najsavremeniji detektori gravitacionih talasa — i postoje dizajni kvantnih računara koji bi koristili ove detektore.
U 2021. godini, tim iz Bristola je pokazao kako povezivanje fotoničkog čipa sa zasebnim elektronskim čipom može povećati brzinu kvantnih detektora svetlosti — sada sa jednim elektronsko-fotonskim integrisanim čipom, tim je dodatno povećao brzinu za faktor 10 uz smanjenje otiska faktorom od 50.
Iako su ovi detektori brzi i mali, oni su takođe osetljivi.
„Ključ za merenje kvantne svetlosti je osetljivost na kvantnu buku“, objašnjava autor dr Đakomo Feranti.
„Kvantna mehanika je odgovorna za minutni, fundamentalni nivo buke u svim optičkim sistemima. Ponašanje ove buke otkriva informacije o tome kakva kvantna svetlost putuje u sistemu, može odrediti koliko osetljiv optički senzor može biti, i može se koristiti za matematičku rekonstrukciju kvantnih stanja u našoj studiji, bilo je važno pokazati da smanjenje i brži detektor ne blokira njegovu osetljivost za merenje kvantnih stanja.
Autori napominju da postoji uzbudljivija istraživanja koja treba uraditi u integraciji drugog hardvera koji prekida kvantne tehnologije sve do čipova. Sa novim detektorom, efikasnost treba da se poboljša, a treba da se uradi da se detektor isproba u mnogo različitih aplikacija.
Profesor Metjuz je dodao: „Napravili smo detektor sa komercijalno dostupnom livnijom kako bismo njegove aplikacije učinili dostupnijim. Iako smo neverovatno uzbuđeni implikacijama u nizu kvantne tehnologije, od ključne je važnosti da kao zajednica nastavimo da se bavimo izazov skalabilne proizvodnje kvantne tehnologije.
„Bez demonstracije zaista skalabilne proizvodnje kvantnog hardvera, uticaj i prednosti kvantne tehnologije će biti odloženi i ograničeni.“
