Создан крошечный световой сенсор, способный уменьшить размеры квантовых компьютеров
В Великобритании группа исследователей под руководством профессора Джонатана Мэтьюса из Лаборатории квантовых инженерных технологий разработала миниатюрный световой сенсор для квантовых систем. Этот интегрированный гомодинный приемник размером всего 80 на 220 микрометров не только в 50 раз компактнее аналогов, но и работает в 10 раз быстрее устройств, использовавшихся ранее.
Такое достижение в миниатюризации квантовых компонентов может стать важным шагом к созданию компактных квантовых компьютеров без громоздких конструкций и сверхнизких температур, необходимых нынешним прототипам. Как микрочипы в 1960-х годах позволили радикально уменьшить размеры и стоимость электронных устройств, ученые надеются на аналогичный прорыв для квантовых вычислительных систем благодаря возможности миниатюризации детекторов квантовых световых сигналов и кубитов.
В 2021 году та же группа представила фотонный чип с повышенной скоростью обнаружения квантового света. Теперь, объединив электронный и оптический компоненты в единый кремниевый чип по технологии ePIC, им удалось добиться еще большего увеличения быстродействия и уменьшения площади сенсора.
Как пояснил Джакомо Ферранти, преподаватель Бристольского университета, участвовавший в разработке, ключевым моментом в измерении квантовых световых сигналов является чувствительность к квантовому шуму – «фундаментальному уровню шума», присущему всем оптическим системам согласно законам квантовой механики. Этот шум несет информацию о типе распространяющегося квантового света и определяет чувствительность оптического датчика. Ученым удалось сохранить способность нового миниатюрного сенсора детектировать квантовые шумы и, следовательно, реконструировать квантовые состояния света, несмотря на небольшие размеры устройства.
Важным достижением стало так же то, что чип был изготовлен с использованием существующей коммерческой кремниевой литейной фабрики, что открывает путь к массовому производству подобных компонентов – критически важному фактору для широкого распространения квантовых технологий, отметил профессор Мэтьюс. «Без возможности масштабируемого производства квантового оборудования его влияние и преимущества будут ограничены».