Kvantový svetelný detektor novej generácie na čipe

Kvantový svetelný detektor novej generácie predstavuje zásadný krok v miniaturizácii kvantových technológií. Vedcom z University of Bristol sa podarilo integrovať extrémne malý a rýchly detektor svetla priamo na kremíkový čip. Táto technológia môže urýchliť vývoj kvantovej komunikácie, fotonických čipov aj optických kvantových počítačov.

Miniaturizácia ako kľúč k pokroku

Podobne ako miniaturizácia tranzistorov odštartovala informačný vek v 60. rokoch, aj zmenšovanie kvantových komponentov je rozhodujúce pre budúcnosť kvantových technológií.

Prečo je veľkosť dôležitá?

Menší detektor = vyššia rýchlosť spracovania signálu
Nižšia spotreba energie
Možnosť integrácie do existujúcich výrobných procesov
Lepšia škálovateľnosť výroby

Detektor zaberá plochu približne 80 × 220 mikrometrov a je plne integrovaný do elektronicko-fotonického čipu.

Ako funguje kvantový svetelný detektor?

Ide o tzv. homodynový detektor, ktorý dokáže pracovať pri izbovej teplote. Je schopný zachytiť extrémne slabé svetelné signály a rozpoznať jednotlivé fotóny.

Kvantový šum ako zdroj informácie

Kvantová mechanika vytvára základnú úroveň šumu v optických systémoch. Tento „kvantový šum“ nesie informácie o stave svetla. Nový kvantový svetelný detektor je dostatočne citlivý na jeho presné meranie bez straty výkonu pri miniaturizácii.

„Tieto typy detektorov sa objavujú naprieč aplikáciami kvantovej optiky. Fungujú pri izbovej teplote a majú využitie v kvantovej komunikácii aj senzorike,“ uviedol profesor Jonathan Matthews.

Zvýšenie rýchlosti a integrácie

V roku 2021 tím demonštroval prepojenie fotonického a elektronického čipu. Nová verzia s plne integrovaným riešením:

Zvýšila rýchlosť detekcie 10-násobne
Znížila fyzickú stopu približne 50-násobne
Zachovala vysokú citlivosť

Výroba prebiehala v komerčne dostupnej zlievarni, čo zvyšuje šance na praktické využitie v priemysle.

Prečítajte si aj: Elektronické pavučiny na pokožke

Možné aplikácie

Kde môže nájsť využitie?

Kvantová komunikácia
Optické kvantové počítače
Detektory gravitačných vĺn
Biomedicínske optické senzory
Astronomické merania extrémne slabého svetla

Kvantový svetelný detektor posúva hranice detekcie svetla na nanometrickej úrovni a približuje nás k praktickému využitiu kvantových technológií.

Záver

Integrácia miniatúrnych kvantových detektorov priamo na čip predstavuje významný krok smerom k škálovateľnej výrobe kvantového hardvéru. Ak sa podarí zvýšiť účinnosť a pokračovať v integrácii ďalších komponentov, môže ísť o zásadný míľnik v kvantovej informatike.

Zdroj: nanowerk.com