Výskumníci z University of Bristol urobili dôležitý prelom v škálovaní kvantovej technológie integráciou najmenšieho kvantového detektora svetla na svete do kremíkového čipu.

Kritickým momentom pri odomykaní informačného veku bolo, keď vedci a inžinieri prvýkrát dokázali miniaturizovať tranzistory na lacné mikročipy v šesťdesiatych rokoch minulého storočia.

Teraz akademici z University of Bristol po prvýkrát demonštrovali integráciu detektora kvantového svetla – menšieho ako ľudský vlas – na kremíkový čip, čím sme sa o krok priblížili k veku kvantových technológií využívajúcich svetlo.

Vytváranie vysokovýkonnej elektroniky a fotoniky vo veľkom meradle je základom realizácie ďalšej generácie pokročilých informačných technológií. Zistenie, ako vyrobiť kvantové technológie v existujúcich komerčných zariadeniach, je neustálym medzinárodným úsilím, ktorým sa zaoberajú univerzitný výskum a spoločnosti po celom svete.

Pre kvantovú výpočtovú techniku by sa mohlo ukázať ako kľúčové, aby bolo možné vyrábať vysoko výkonný kvantový hardvér vo veľkom meradle kvôli obrovskému množstvu komponentov, o ktorých sa predpokladá, že postavia jeden stroj.

V snahe dosiahnuť tento cieľ výskumníci z University of Bristol demonštrovali typ kvantového detektora svetla, ktorý je implementovaný na čipe s obvodom, ktorý zaberá 80 mikrometrov na 220 mikrometrov.

Kriticky malá veľkosť znamená, že kvantový svetelný detektor môže byť rýchly, čo je kľúčom k odblokovaniu vysokorýchlostnej kvantovej komunikácie a umožneniu vysokorýchlostnej prevádzky optických kvantových počítačov.

Použitie zavedených a komerčne dostupných výrobných techník pomáha vyhliadkam na skoré začlenenie do iných technológií, ako je snímanie a komunikácia.

„Tieto typy detektorov sa nazývajú homodynové detektory a objavujú sa všade v aplikáciách naprieč kvantovou optikou,“ vysvetľuje profesor Jonathan Matthews, ktorý viedol výskum a je riaditeľom laboratórií Quantum Engineering Technology Labs. „Fungujú pri izbovej teplote a môžete ich použiť na kvantovú komunikáciu v neuveriteľne citlivých senzoroch – ako sú najmodernejšie detektory gravitačných vĺn – a existujú návrhy kvantových počítačov, ktoré by tieto detektory používali.“

V roku 2021 tím z Bristolu ukázal, ako prepojenie fotonického čipu so samostatným elektronickým čipom môže zvýšiť rýchlosť kvantových detektorov svetla – teraz s jediným elektronicko-fotonickým integrovaným čipom tím ďalej zvýšil rýchlosť o faktor 10 a zároveň znížil stopu a faktor o 50.

Aj keď sú tieto detektory rýchle a malé, sú zároveň citlivé.

„Kľúčom k meraniu kvantového svetla je citlivosť na kvantový šum,“ vysvetľuje autor Dr Giacomo Ferranti. „Kvantová mechanika je zodpovedná za minútu, základnú úroveň šumu vo všetkých optických systémoch. Správanie tohto šumu odhaľuje informácie o tom, aký druh kvantového svetla sa pohybuje v systéme, môže určiť, aký citlivý môže byť optický senzor, a dá sa použiť na matematickú rekonštrukciu kvantových stavov. V našej štúdii bolo dôležité ukázať, že zmenšenie a zrýchlenie detektora neblokovalo jeho citlivosť na meranie kvantových stavov.

Autori poznamenávajú, že existuje vzrušujúcejší výskum, ktorý je potrebné vykonať pri integrácii ďalšieho hardvéru rušivých kvantových technológií až do škály čipov. S novým detektorom je potrebné zlepšiť účinnosť a je potrebné vykonať prácu na vyskúšaní detektora v mnohých rôznych aplikáciách.

Profesor Matthews dodal: „Detektor sme postavili s komerčne dostupnou zlievarňou, aby boli jeho aplikácie dostupnejšie. Aj keď sme neuveriteľne nadšení z dôsledkov v celom rade kvantových technológií, je dôležité, aby sme ako komunita pokračovali v riešení problému škálovateľnej výroby kvantovej technológie. Bez demonštrácie skutočne škálovateľnej výroby kvantového hardvéru budú dopady a výhody kvantovej technológie oneskorené a obmedzené.“

Zdroj: www.nanowerk.com