Lille enhed muliggør ny rekord i superhurtig kvantelysdetektion

Bristol-forskere har udviklet en lillebitte enhed, der baner vejen for højere ydeevne kvantecomputere og kvantekommunikation, gør dem væsentligt hurtigere end den nuværende state-of-the-art.

Forskere fra University of Bristols Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) og Université Côte d'Azur har lavet en ny miniaturiseret lysdetektor til at måle lysets kvantetræk mere detaljeret end nogensinde før. Enheden, lavet af to siliciumchips, der arbejder sammen, blev brugt til at måle de unikke egenskaber ved "klemt" kvantelys ved rekordhøje hastigheder.

At udnytte kvantefysikkens unikke egenskaber lover nye ruter til at udkonkurrere den nuværende state-of-the-art inden for databehandling, kommunikation og måling. Siliciumfotonik - hvor lys bruges som informationsbærer i siliciummikrochips - er en spændende vej mod disse næste generations teknologier.

"Klemmet lys er en kvanteeffekt, der er meget nyttig. Den kan bruges i kvantekommunikation og kvantecomputere og er allerede blevet brugt af LIGO og Jomfruens gravitationsbølgeobservatorier til at forbedre deres følsomhed, hjælper med at opdage eksotiske astronomiske begivenheder såsom sorte huls fusioner. Så, at forbedre de måder, vi kan måle det på, kan have stor indflydelse, " sagde Joel Tasker, medhovedforfatter.

Måling af klemt lys kræver detektorer, der er konstrueret til ultra-lav elektronisk støj, for at detektere lysets svage kvantetræk. Men sådanne detektorer har indtil videre været begrænset i hastigheden af ​​signaler, der kan måles - omkring tusind millioner cyklusser i sekundet.

"Dette har en direkte indvirkning på behandlingshastigheden af ​​nye informationsteknologier såsom optiske computere og kommunikation med meget lave lysniveauer. Jo højere båndbredde din detektor har, jo hurtigere kan du udføre beregninger og overføre information, " sagde co-lead forfatter Jonathan Frazer.

Den integrerede detektor er hidtil blevet klokket i en størrelsesorden hurtigere end den tidligere kendte teknik, og teamet arbejder på at forfine teknologien til at gå endnu hurtigere.

Detektorens fodaftryk er mindre end en kvadratmillimeter – denne lille størrelse muliggør detektorens højhastighedsydelse. Detektoren er bygget af silicium mikroelektronik og en silicium fotonik chip.

Jorden rundt, forskere har undersøgt, hvordan man integrerer kvantefotonik på en chip for at demonstrere skalerbar fremstilling.

"Meget af fokus har været på kvantedelen, men nu er vi begyndt at integrere grænsefladen mellem kvantefotonik og elektrisk udlæsning. Dette er nødvendigt for at hele kvantearkitekturen kan fungere effektivt. Til homodyn detektion, chip-skala tilgangen resulterer i en enhed med et lille fodaftryk til massefremstilling, og vigtigst af alt giver det et boost i ydeevnen, " sagde professor Jonathan Matthews, hvem har ledet projektet.

"Silicon fotonik forbundet med integreret elektronik til 9 GHz måling af klemt lys" af Joel Tasker, Jonathan Frazer, Giacomo Ferranti, Euan Allen, Léandre Brunel, Sébastien Tanzilli, Virginia D'Auria og Jonathan Matthews udgives i dag i Naturfotonik .