Science Advances: сотворен самый маленький в мире квантовый детектор света на чипе
Ученые Бристольского института сделали самый маленький в мире квантовый детектор света на кремниевом чипе. Это достижение приближает эру оптических квантовых технологий, что может значительно воздействовать на развитие скоростной квантовой связи и квантовых компов. Статья размещена в журнальчике Science Advances.
Для собственной разработки физики употребляли коммерчески доступные технологии, в том числе металлооксидные полупроводники(CMOS) и гомодинные сенсоры, которые работают при комнатной температуре и употребляются в приложениях квантовой оптики. Команда смогла воплотить эти сенсоры на чипе с электрической схемой размером 80 на 220 микрометров.
Понятно, что гомодинные сенсоры могут определять слабенькие световые сигналы прямо до однофотонного уровня, интерферируя свет при помощи гетеродина — оптического квантового генератора. Но сами по для себя они неспособны выявлять сигнатуры квантового шума, потому требуется разработка спец усиливающей электроники для реализации гомодинных сенсоров, пригодных для квантовых приложений.
Результаты проявили, что скоростные свойства новейшего сенсора возросли в 10 раз, тогда как занимаемая площадь уменьшилась в 50 раз по сопоставлению с прошлыми моделями. Устройство показало высшую чувствительность к квантовому шуму, что принципиально для измерения квантовых состояний и разработки оптических квантовых компов.
Квантовый шум представляет собой флуктуации состояния материи из-за принципа неопределенности Гейзенберга. Одной из форм квантового шума является дробовый шум, связанный со статистикой счета фотонов. Выявление сигнатур этого шума принципиально для измерения оптического сигнала, и, новейший чип способен отлично это созодать благодаря наличию усиливающего электрического компонента.
Ученые отмечают, что хотя данное достижение открывает новейшие перспективы, предстоит еще много работы по интеграции остальных квантовых технологий и увеличению их эффективности. К примеру, гомодинные сенсоры с наиболее высочайшей квантовой эффективностью могут быть получены за счет оптимизации конструкции фотонных компонент и включения электрических компонент с большей эффективностью, которые уже были раздельно продемонстрированы в традиционных приложениях.
