اپتیک و کوانتوم

یک لحظه حیاتی در باز کردن قفل عصر اطلاعات زمانی بود که دانشمندان و مهندسان برای اولین بار در دهه 1960 توانستند ترانزیستورها را روی ریزتراشه های ارزان قیمت کوچک کنند. اکنون، برای اولین بار، محققان دانشگاه بریستول ادغام یک آشکارساز نور کوانتومی - کوچکتر از موی انسان - را روی یک تراشه سیلیکونی نشان داده‌اند و ما را یک قدم به عصر فناوری‌های کوانتومی با استفاده از نور نزدیک‌تر می‌کند.

ساخت قطعات الکترونیکی و فوتونیکی با کارایی بالا در مقیاس برای تحقق نسل بعدی فناوری‌های اطلاعاتی پیشرفته ضروری است. کشف چگونگی ساخت فناوری‌های کوانتومی در تأسیسات تجاری موجود، یک تلاش بین‌المللی مداوم است که توسط تحقیقات دانشگاهی و شرکت‌های سراسر جهان انجام می‌شود. این می تواند برای محاسبات کوانتومی بسیار مهم باشد که بتواند سخت افزار کوانتومی با کارایی بالا را در مقیاس بسازد، زیرا تعداد زیادی اجزای پیش بینی شده برای ساخت حتی یک ماشین واحد وجود دارد. برای دستیابی به این هدف، محققان دانشگاه بریستول نوعی آشکارساز نور کوانتومی را نشان داده‌اند که بر روی یک تراشه با مداری که 80  میکرومتر در 220 میکرومتر را اشغال می‌کند، اجرا می‌شود. به طور بحرانی، اندازه کوچک به این معنی است که آشکارساز نور کوانتومی می تواند سریع باشد، که کلید باز کردن ارتباطات کوانتومی با سرعت بالا و فعال کردن عملکرد پرسرعت کامپیوترهای کوانتومی نوری است.

استفاده از تکنیک‌های ساخت تثبیت‌شده و قابل دسترسی تجاری به چشم‌انداز ادغام اولیه در فناوری‌های دیگر مانند حسگری و ارتباطات کمک می‌کند. پروفسور جاناتان متیوز که رهبری این تحقیق را بر عهده دارد و مدیر آزمایشگاه فناوری مهندسی کوانتومی است، توضیح می‌دهد: «این نوع آشکارسازها آشکارسازهای هموداینی نامیده می‌شوند و در همه جا در کاربردهای اپتیک کوانتومی ظاهر می‌شوند. آنها در دمای اتاق کار می کنند، و شما می توانید از آنها برای ارتباطات کوانتومی، در حسگرهای فوق العاده حساس - مانند آشکارسازهای امواج گرانشی پیشرفته - استفاده کنید و طرح هایی از کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد که از این آشکارسازها استفاده می کنند.

در سال 2021، تیم بریستول نشان داد که چگونه پیوند یک تراشه فوتونیکی با یک تراشه الکترونیکی جداگانه می‌تواند سرعت آشکارسازهای نور کوانتومی را افزایش دهد - اکنون با یک تراشه یکپارچه الکترونیکی فوتونیک، این تیم سرعت را تا 10 برابر افزایش داده است. بدون نشان دادن ساخت واقعا مقیاس پذیر سخت افزار کوانتومی، تاثیر و مزایای فناوری کوانتومی به تعویق خواهد افتاد و محدود خواهد شد.

More information: Joel Tasker et al, A Bi-CMOS electronic-photonic integrated circuit quantum light detector, Science Advances (2024)