เทคโนโลยีใหม่ของโฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัม

เทคโนโลยีใหม่ของโฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัม

ชิปซิลิคอนควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกโฟโตดีเทคเตอร์

เมื่อไม่นานมานี้ ทีมวิจัยในสหราชอาณาจักรได้ประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในการย่อขนาดเทคโนโลยีควอนตัม โดยพวกเขาสามารถรวมโฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัมที่เล็กที่สุดในโลกเข้ากับชิปซิลิคอนได้สำเร็จ งานวิจัยเรื่อง “วงจรรวมอิเล็กทรอนิกส์โฟโตนิกส์ Bi-CMOS สำหรับตรวจจับแสงควอนตัม” ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances ในช่วงทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้ย่อขนาดทรานซิสเตอร์ลงบนไมโครชิปราคาถูกเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่นำไปสู่ยุคข้อมูลข่าวสาร ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นถึงการรวมโฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัมที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์ลงบนชิปซิลิคอนเป็นครั้งแรก ทำให้เราเข้าใกล้ยุคของเทคโนโลยีควอนตัมที่ใช้แสงมากขึ้นอีกก้าวหนึ่ง เพื่อให้บรรลุถึงเทคโนโลยีสารสนเทศขั้นสูงรุ่นต่อไป การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ประสิทธิภาพสูงในปริมาณมากเป็นรากฐานสำคัญ การผลิตเทคโนโลยีควอนตัมในโรงงานเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับงานวิจัยของมหาวิทยาลัยและบริษัทต่างๆ ทั่วโลก ความสามารถในการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมประสิทธิภาพสูงในปริมาณมากเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการคำนวณควอนตัม เพราะแม้แต่การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ต้องใช้ส่วนประกอบจำนวนมาก

นักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้สาธิตการสร้างโฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัมที่มีพื้นที่วงจรรวมเพียง 80 ไมครอน x 220 ไมครอน ขนาดที่เล็กเช่นนี้ทำให้โฟโตดีเทคเตอร์ควอนตัมทำงานได้เร็วมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลดล็อกศักยภาพด้านความเร็วสูงการสื่อสารควอนตัมและช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงแสงทำงานด้วยความเร็วสูง การใช้เทคนิคการผลิตที่เป็นที่ยอมรับและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น การตรวจจับและการสื่อสารได้เร็วขึ้น เครื่องตรวจจับดังกล่าวถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันที่หลากหลายในด้านควอนตัมออปติก สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง และเหมาะสมสำหรับการสื่อสารควอนตัม เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงมาก เช่น เครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงที่ทันสมัย ​​และในการออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางประเภท

แม้ว่าตัวตรวจจับเหล่านี้จะรวดเร็วและมีขนาดเล็ก แต่ก็มีความไวสูงมากเช่นกัน หัวใจสำคัญของการวัดแสงควอนตัมคือความไวต่อสัญญาณรบกวนควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมสร้างสัญญาณรบกวนระดับพื้นฐานขนาดเล็กในระบบแสงทั้งหมด พฤติกรรมของสัญญาณรบกวนนี้เผยให้เห็นข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของแสงควอนตัมที่ส่งผ่านในระบบ สามารถกำหนดความไวของเซ็นเซอร์แสง และสามารถใช้ในการสร้างสถานะควอนตัมขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์ได้ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการทำให้ตัวตรวจจับแสงมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นไม่ได้ขัดขวางความไวในการวัดสถานะควอนตัม ในอนาคต นักวิจัยวางแผนที่จะบูรณาการฮาร์ดแวร์เทคโนโลยีควอนตัมที่ก้าวล้ำอื่นๆ เข้ากับระดับชิป เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ใหม่ให้ดียิ่งขึ้นไปอีกเครื่องตรวจจับแสงและทดสอบในแอปพลิเคชันที่หลากหลาย เพื่อให้เครื่องตรวจจับสามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ทีมวิจัยจึงผลิตเครื่องตรวจจับโดยใช้ตัวปล่อยอนุภาคที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตาม ทีมงานเน้นย้ำว่าจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องดำเนินการแก้ไขปัญหาความท้าทายของการผลิตในระดับที่สามารถขยายขนาดได้ด้วยเทคโนโลยีควอนตัมต่อไป หากปราศจากการแสดงให้เห็นถึงการผลิตฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่สามารถขยายขนาดได้อย่างแท้จริง ผลกระทบและประโยชน์ของเทคโนโลยีควอนตัมจะล่าช้าและมีข้อจำกัด ความก้าวหน้านี้ถือเป็นก้าวสำคัญสู่การบรรลุการใช้งานในวงกว้างของเทคโนโลยีควอนตัมเทคโนโลยีควอนตัมและอนาคตของการคำนวณควอนตัมและการสื่อสารควอนตัมนั้นเต็มไปด้วยความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

รูปที่ 2: แผนภาพแสดงหลักการทำงานของอุปกรณ์