超快速量子光检测器为高性能量子计算机铺平了道路

时间：2021-11-21 13:52:21 来源：

集成检测器将硅光子芯片与硅微电子芯片结合在一起，在检测量子光方面产生了更高的速度。

研究人员已经开发出一种微型设备，为高性能量子计算机和量子通信铺平了道路，使其比目前的最新技术快得多。

布里斯托尔的研究人员开发了一种微型设备，为高性能量子计算机和量子通信铺平了道路，使其比当前的最新技术快得多。

布里斯托大学量子工程技术实验室（QET Labs）和蔚蓝海岸大学的研究人员研制出了一种新型的小型光探测器，可以比以往任何时候更详细地测量光的量子特征。该设备由两个硅芯片共同工作制成，用于以创纪录的高速测量“压缩”量子光的独特特性。

利用量子物理学的独特性质，有望以新颖的方法在计算，通信和测量方面超越当前的最新水平。硅光子学-将光用作硅微芯片中的信息载体-是通往这些下一代技术的令人兴奋的途径。

压缩光是一种非常有用的量子效应。它可以用于量子通信和量子计算机，并且已经被LIGO和处女座引力波观测所用来提高其灵敏度，从而有助于探测诸如黑洞合并之类的外来天文学事件。因此，改进我们的测量方法会产生很大的影响。合著者乔尔·塔斯克（Joel Tasker）说。

测量压缩的光需要设计用于超低电子噪声的检测器，以便检测光的弱量子特征。但是，到目前为止，此类检测器的可测信号速度受到限制-每秒约十亿个周期。

“这直接影响了新兴信息技术的处理速度，例如光计算机和光通量非常低的通信。探测器的带宽越高，执行计算和传输信息的速度就越快。”共同首席作者乔纳森·弗雷泽（Jonathan Frazer）说。

到目前为止，集成检测器的时钟频率比以前的最新技术要快一个数量级，并且该团队正在努力完善该技术，以使其运行速度更快。

检测器的占地面积小于一平方毫米-这种小尺寸可实现检测器的高速性能。该探测器由硅微电子学和硅光子学芯片构建而成。

在全球范围内，研究人员一直在探索如何将量子光子学集成到芯片上以演示可扩展的制造。

“很多注意力都集中在量子部分，但是现在我们已经开始集成量子光子学和电读出之间的接口。这是使整个量子体系结构有效工作所必需的。对于零差检测，芯片规模的方法可以使设备的制造面积很小，而且重要的是它可以提高性能。”负责该项目的乔纳森·马修斯教授说。

参考：Joel F. Tasker，Jonathan Frazer，Giacomo Ferranti，Euan J. Allen，LéandreF.Brunel，SébastienTanzilli，Virginia D'Auria和Jonathan CF Matthews撰写的“硅光子与集成电子器件接口，用于9 GHz压缩光的测量” 2020年11月，自然光子学.DOI：
10.1038 / s41566-020-00715-5

这项工作的支持包括Matthews欧洲研究理事会的启动赠款ERC-2018-STG 803665“用于工程量子增强测量的光子学”，旨在增强片上量子的传感能力，以及工程和物理科学研究委员会的资助。主要作者乔尔·塔斯克（Joel Tasker）和乔纳森·弗雷泽（Jonathan Frazer）获得奖学金。全文概述了所有资金来源。

布里斯托大学的量子工程技术实验室（QET Labs）于2015年4月成立，涵盖了100多名学者，教职员工和学生。它汇集了布里斯托尔更广泛的量子活动和相关活动，以最大程度地为支持工程和技术开发的新科学发现提供机会。

布里斯托尔（Bristol）的EPSRC资助的量子工程中心的博士培训中心为那些希望在新兴的量子技术行业或学术界从事职业的人们提供了卓越的培训和开发经验。它支持对合理的基本科学原理的理解及其在实际挑战中的实际应用。

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