เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องตรวจจับภาพควอนตัม

เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องตรวจจับภาพควอนตัม

ชิปซิลิคอนควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกเครื่องตรวจจับภาพ

เมื่อไม่นานนี้ ทีมวิจัยในสหราชอาณาจักรได้ประสบความสำเร็จในการนำเอาเทคโนโลยีควอนตัมขนาดเล็กลงมาใช้ โดยได้นำเอาเครื่องตรวจจับแสงควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกมาผสานเข้ากับชิปซิลิกอนได้สำเร็จ โดยผลงานที่มีชื่อว่า “เครื่องตรวจจับแสงควอนตัมวงจรรวมโฟตอนิกอิเล็กทรอนิกส์ Bi-CMOS” ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Advances ในช่วงทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้นำทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กมาใส่ในไมโครชิปราคาถูกเป็นครั้งแรก ซึ่งถือเป็นนวัตกรรมที่นำไปสู่ยุคข้อมูลข่าวสาร ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตการนำเครื่องตรวจจับแสงควอนตัมที่บางกว่าเส้นผมของมนุษย์มาผสานเข้ากับชิปซิลิกอนเป็นครั้งแรก ซึ่งทำให้เราก้าวเข้าใกล้ยุคของเทคโนโลยีควอนตัมที่ใช้แสงอีกก้าวหนึ่ง การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟตอนิกส์ประสิทธิภาพสูงในปริมาณมากถือเป็นรากฐานสำคัญในการนำเทคโนโลยีสารสนเทศขั้นสูงรุ่นต่อไปมาใช้ การผลิตเทคโนโลยีควอนตัมในโรงงานเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่ในปัจจุบันถือเป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับการวิจัยในมหาวิทยาลัยและบริษัทต่างๆ ทั่วโลก การสามารถผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมประสิทธิภาพสูงในระดับขนาดใหญ่ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประมวลผลด้วยควอนตัม เนื่องจากแม้แต่การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ยังต้องใช้ส่วนประกอบจำนวนมาก

นักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้สาธิตเครื่องตรวจจับโฟโตควอนตัมที่มีพื้นที่วงจรรวมเพียง 80 ไมครอนคูณ 220 ไมครอน ขนาดที่เล็กเช่นนี้ทำให้เครื่องตรวจจับโฟโตควอนตัมทำงานได้เร็วมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลดล็อกความเร็วสูงการสื่อสารแบบควอนตัมและช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติกทำงานด้วยความเร็วสูงได้ การใช้เทคนิคการผลิตที่ได้รับการยอมรับและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีด้านอื่นๆ ได้เร็วยิ่งขึ้น เช่น การตรวจจับและการสื่อสาร เครื่องตรวจจับดังกล่าวใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมายในออปติกควอนตัม สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง และเหมาะสำหรับการสื่อสารด้วยควอนตัม เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง เช่น เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ทันสมัย ​​และในการออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางรุ่น

แม้ว่าเครื่องตรวจจับเหล่านี้จะเร็วและมีขนาดเล็ก แต่ก็มีความไวสูงเช่นกัน กุญแจสำคัญในการวัดแสงควอนตัมคือความไวต่อสัญญาณรบกวนควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมสร้างสัญญาณรบกวนในระดับพื้นฐานที่เล็กมากในระบบออปติกทั้งหมด พฤติกรรมของสัญญาณรบกวนนี้เปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของแสงควอนตัมที่ส่งผ่านในระบบ สามารถกำหนดความไวของเซนเซอร์ออปติก และใช้สร้างสถานะควอนตัมขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์ได้ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการทำให้เครื่องตรวจจับออปติกมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นไม่ได้ขัดขวางความไวต่อการวัดสถานะควอนตัม ในอนาคต นักวิจัยวางแผนที่จะรวมฮาร์ดแวร์เทคโนโลยีควอนตัมที่ก่อกวนอื่นๆ เข้ากับขนาดชิป เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของชิปใหม่ต่อไปเครื่องตรวจจับแสงและทดสอบในแอปพลิเคชันต่างๆ เพื่อให้เครื่องตรวจจับมีให้ใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น ทีมวิจัยจึงผลิตเครื่องตรวจจับโดยใช้เครื่องพ่นน้ำที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยเน้นย้ำว่าสิ่งสำคัญคือต้องแก้ไขปัญหาการผลิตที่ปรับขนาดได้ด้วยเทคโนโลยีควอนตัมต่อไป หากไม่ได้สาธิตการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้อย่างแท้จริง ผลกระทบและประโยชน์ของเทคโนโลยีควอนตัมจะล่าช้าและจำกัด ความก้าวหน้าครั้งนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการบรรลุการประยุกต์ใช้งานในวงกว้างของเทคโนโลยีควอนตัมและอนาคตของการประมวลผลแบบควอนตัมและการสื่อสารด้วยควอนตัมเต็มไปด้วยความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

รูปที่ 2: แผนผังหลักการอุปกรณ์