布里斯托大学的研究人员通过将世界上最小的量子光探测器集成到硅芯片上，在扩展量子技术方面取得了重大突破。
20 世纪 60 年代，科学家和工程师首次能够将晶体管微型化到廉价的微芯片上，这是开启信息时代的关键时刻。
现在，布里斯托大学的学者首次展示了将比人的头发还小的量子光探测器集成到硅芯片上，使我们向使用光的量子技术时代迈进了一步。
大规模生产高性能电子和光子器件是实现下一代先进信息技术的基础。研究如何在现有商业设施中生产量子技术是一项持续的国际努力，世界各地的大学研究机构和公司正在努力解决这一问题。
由于预计构建一台机器所需的组件数量巨大，因此对于量子计算来说，大规模制造高性能量子硬件的能力至关重要。
为了实现这一目标，布里斯托大学的研究人员展示了一种量子光探测器，该探测器安装在一个芯片上，其电路面积为 80 微米 x 220 微米。
至关重要的是，小的尺寸意味着量子光探测器可以很快，这是解锁高速量子通信和实现光学量子计算机高速运行的关键。
使用成熟且商业上可行的制造技术有助于尽早将其融入传感和通信等其他技术。
“这类探测器被称为同质探测器，它们在量子光学的应用中随处可见，”这项研究的负责人、量子工程技术实验室主任乔纳森·马修斯教授解释说。“它们在室温下工作，你可以用它们进行量子通信，在极其灵敏的传感器中——比如最先进的引力波探测器——而且有些量子计算机的设计也会使用这些探测器。”
2021 年，布里斯托尔团队展示了如何将光子芯片与单独的电子芯片连接起来以提高量子光探测器的速度——现在，通过单个电子光子集成芯片，该团队进一步将速度提高了 10 倍，同时将占用空间减少了 50 倍。
这些探测器虽然速度快、成交量小，但也非常灵敏。
“测量量子光的关键是对量子噪声的敏感性”，作者 Giacomo Ferranti 博士解释道。“量子力学是所有光学系统中微小、基本水平的噪声的原因。这种噪声的行为揭示了系统中传播的量子光的类型，它可以决定光学传感器的灵敏度，并可用于数学重建量子态。在我们的研究中，重要的是要证明探测器变得更小、更快不会影响其测量量子态的灵敏度。”
作者指出，在将其他颠覆性量子技术硬件集成到芯片级方面还有更多令人兴奋的研究要做。对于新探测器，效率需要提高，并且还有很多工作要做，以便在许多不同的应用中试用该探测器。
马修斯教授补充道：“我们与一家商业上可访问的代工厂合作制造了该探测器，以便使其应用更加容易。虽然我们对一系列量子技术的影响感到非常兴奋，但作为一个社区，我们继续应对量子技术可扩展制造的挑战至关重要。如果不展示真正可扩展的量子硬件制造，量子技术的影响和好处将被推迟和限制。”
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