เทคโนโลยีใหม่ของควอนตัมโฟโตไดเทคเตอร์

เทคโนโลยีใหม่ของควอนตัมโฟโตไดเทคเตอร์

ควอนตัมชิปซิลิกอนที่เล็กที่สุดในโลกเครื่องตรวจจับแสง

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมวิจัยในสหราชอาณาจักรได้สร้างความก้าวหน้าที่สำคัญในการย่อขนาดของเทคโนโลยีควอนตัมพวกเขาประสบความสำเร็จในการบูรณาการเครื่องตรวจจับควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกเข้ากับชิปซิลิกอน งานนี้มีชื่อว่า“ เครื่องตรวจจับแสงวงจรควอนตัมแบบบูรณาการแบบ BI-CMOS อิเล็กทรอนิกส์” ได้รับการตีพิมพ์ในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ในทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กแรกลงในไมโครชิปราคาถูกซึ่งเป็นนวัตกรรมที่นำไปสู่ยุคข้อมูล ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นถึงการบูรณาการของเครื่องตรวจจับควอนตัมที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์ลงบนชิปซิลิกอนทำให้เราเข้าใกล้ยุคของเทคโนโลยีควอนตัมที่ใช้แสง เพื่อให้ตระหนักถึงเทคโนโลยีสารสนเทศขั้นสูงรุ่นต่อไปการผลิตขนาดใหญ่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโทนิคที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นรากฐาน การผลิตเทคโนโลยีควอนตัมในโรงงานเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับการวิจัยและ บริษัท ทั่วโลก ความสามารถในการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูงในขนาดใหญ่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการคำนวณควอนตัมเนื่องจากแม้แต่การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ต้องใช้ส่วนประกอบจำนวนมาก

นักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้แสดงให้เห็นถึงเครื่องตรวจจับควอนตัมด้วยพื้นที่วงจรรวมเพียง 80 ไมครอนภายใน 220 ไมครอน ขนาดเล็กเช่นนี้ช่วยให้เครื่องตรวจจับควอนตัมได้เร็วมากซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปลดล็อกความเร็วสูงการสื่อสารควอนตัมและเปิดใช้งานการทำงานความเร็วสูงของคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติคัล การใช้เทคนิคการผลิตที่จัดตั้งขึ้นและมีวางจำหน่ายทั่วไปช่วยอำนวยความสะดวกในการประยุกต์ใช้ในช่วงต้นไปยังพื้นที่เทคโนโลยีอื่น ๆ เช่นการตรวจจับและการสื่อสาร เครื่องตรวจจับดังกล่าวใช้ในการใช้งานที่หลากหลายในเลนส์ควอนตัมสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องและเหมาะสำหรับการสื่อสารควอนตัมเซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงเช่นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ทันสมัยและในการออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางเครื่อง

แม้ว่าเครื่องตรวจจับเหล่านี้จะเร็วและเล็ก แต่ก็มีความอ่อนไหวมาก กุญแจสำคัญในการวัดแสงควอนตัมคือความไวต่อเสียงรบกวนควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมสร้างเสียงรบกวนระดับเล็ก ๆ ในระบบออพติคอลทั้งหมด พฤติกรรมของเสียงรบกวนนี้เผยให้เห็นข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของแสงควอนตัมที่ส่งในระบบสามารถกำหนดความไวของเซ็นเซอร์ออปติคัลและสามารถใช้ในการสร้างสถานะควอนตัมขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการทำให้เครื่องตรวจจับแสงมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นไม่ได้ขัดขวางความไวต่อการวัดสถานะควอนตัม ในอนาคตนักวิจัยวางแผนที่จะรวมฮาร์ดแวร์เทคโนโลยีควอนตัมที่ก่อกวนอื่น ๆ เข้ากับมาตราส่วนชิปเพิ่มประสิทธิภาพของใหม่ต่อไปเครื่องตรวจจับแสงและทดสอบในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย เพื่อให้เครื่องตรวจจับพร้อมใช้งานมากขึ้นทีมวิจัยได้ผลิตมันโดยใช้น้ำพุที่มีจำหน่ายทั่วไป อย่างไรก็ตามทีมเน้นว่ามันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องจัดการกับความท้าทายของการผลิตที่ปรับขนาดได้ด้วยเทคโนโลยีควอนตัม โดยไม่แสดงให้เห็นถึงการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้อย่างแท้จริงผลกระทบและประโยชน์ของเทคโนโลยีควอนตัมจะล่าช้าและ จำกัด การพัฒนานี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการบรรลุแอปพลิเคชันขนาดใหญ่เทคโนโลยีควอนตัมและอนาคตของการคำนวณควอนตัมและการสื่อสารควอนตัมเต็มไปด้วยความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

รูปที่ 2: แผนผังแผนภาพของหลักการอุปกรณ์