เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องตรวจจับควอนตัม

เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องตรวจจับภาพควอนตัม

ชิปซิลิคอนควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกเครื่องตรวจจับภาพ

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยในสหราชอาณาจักรได้ประสบความสำเร็จในการลดขนาดเทคโนโลยีควอนตัมลงอย่างมาก โดยได้นำเครื่องตรวจจับแสงควอนตัมขนาดเล็กที่สุดในโลกมาผสานเข้ากับชิปซิลิคอน งานวิจัยนี้มีชื่อว่า “เครื่องตรวจจับแสงควอนตัมแบบวงจรรวมโฟโตนิกอิเล็กทรอนิกส์ Bi-CMOS” ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances ในช่วงทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้นำทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กมาย่อขนาดลงบนไมโครชิปราคาถูกเป็นครั้งแรก ซึ่งถือเป็นนวัตกรรมที่นำพายุคข้อมูลข่าวสารเข้าสู่ยุคใหม่ บัดนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตการนำเครื่องตรวจจับแสงควอนตัมที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์มาผสานเข้ากับชิปซิลิคอนเป็นครั้งแรก ซึ่งนำเราเข้าใกล้ยุคเทคโนโลยีควอนตัมที่ใช้แสงอีกก้าวหนึ่ง เพื่อสร้างเทคโนโลยีสารสนเทศขั้นสูงแห่งยุคต่อไป การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ประสิทธิภาพสูงในปริมาณมากถือเป็นรากฐาน การผลิตเทคโนโลยีควอนตัมในโรงงานเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่เดิมถือเป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับการวิจัยของมหาวิทยาลัยและบริษัทต่างๆ ทั่วโลก การสามารถผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมประสิทธิภาพสูงในระดับใหญ่ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประมวลผลควอนตัม เนื่องจากแม้แต่การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ยังต้องใช้ส่วนประกอบจำนวนมาก

นักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้สาธิตเครื่องตรวจจับโฟโตควอนตัมที่มีพื้นที่วงจรรวมเพียง 80 ไมครอน x 220 ไมครอน ด้วยขนาดที่เล็กเช่นนี้ ทำให้เครื่องตรวจจับโฟโตควอนตัมสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลดล็อกความเร็วสูงการสื่อสารเชิงควอนตัมและช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงแสงสามารถทำงานได้ด้วยความเร็วสูง การใช้เทคนิคการผลิตที่เป็นที่ยอมรับและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีด้านอื่นๆ ได้ตั้งแต่เนิ่นๆ เช่น การตรวจจับและการสื่อสาร เครื่องตรวจจับเหล่านี้ถูกนำไปใช้งานในหลากหลายการประยุกต์ใช้งานในออปติกเชิงควอนตัม สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง และเหมาะสำหรับการสื่อสารเชิงควอนตัม เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง เช่น เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ทันสมัย ​​และในการออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางรุ่น

แม้ว่าเครื่องตรวจจับเหล่านี้จะมีขนาดเล็กและรวดเร็ว แต่ก็มีความไวสูงเช่นกัน กุญแจสำคัญในการวัดแสงควอนตัมคือความไวต่อสัญญาณรบกวนควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนในระดับพื้นฐานที่เล็กมากในระบบแสงทั้งหมด พฤติกรรมของสัญญาณรบกวนนี้เผยให้เห็นข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของแสงควอนตัมที่ส่งผ่านในระบบ สามารถกำหนดความไวของเซ็นเซอร์แสง และสามารถใช้ในการสร้างสถานะควอนตัมขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการทำให้เครื่องตรวจจับแสงมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นไม่ได้เป็นอุปสรรคต่อความไวในการวัดสถานะควอนตัม ในอนาคต นักวิจัยวางแผนที่จะรวมฮาร์ดแวร์เทคโนโลยีควอนตัมที่ก้าวล้ำอื่นๆ เข้ากับระดับชิป เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของชิปใหม่ให้ดียิ่งขึ้นเครื่องตรวจจับแสงและทดสอบในหลากหลายรูปแบบการใช้งาน เพื่อให้เครื่องตรวจจับนี้สามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ทีมวิจัยจึงผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องพ่นละอองน้ำที่มีจำหน่ายในท้องตลาด อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยย้ำว่าสิ่งสำคัญคือต้องรับมือกับความท้าทายของการผลิตแบบปรับขนาดได้ด้วยเทคโนโลยีควอนตัมอย่างต่อเนื่อง หากปราศจากการสาธิตการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมแบบปรับขนาดได้อย่างแท้จริง ผลกระทบและประโยชน์ของเทคโนโลยีควอนตัมจะล่าช้าและจำกัด ความก้าวหน้าครั้งนี้ถือเป็นก้าวสำคัญสู่การประยุกต์ใช้งานในวงกว้างเทคโนโลยีควอนตัมและอนาคตของการประมวลผลควอนตัมและการสื่อสารด้วยควอนตัมเต็มไปด้วยความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

รูปที่ 2: แผนผังหลักการอุปกรณ์