موجز من الداخل
قام باحثون في جامعة بريستول بدمج أصغر كاشف للضوء الكمي في العالم على شريحة سيليكون. كاشف الضوء الكمي أصغر من شعرة الإنسان. يمكن لسرعة الكاشف فتح اتصالات كمومية عالية السرعة وتمكين تشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية.
بيان صحفي – حقق الباحثون في جامعة بريستول تقدمًا مهمًا في توسيع نطاق تكنولوجيا الكم من خلال دمج أصغر كاشف للضوء الكمي في العالم على شريحة السيليكون.
كانت اللحظة الحاسمة في فتح عصر المعلومات هي عندما تمكن العلماء والمهندسون لأول مرة من تصغير الترانزستورات إلى شرائح دقيقة رخيصة الثمن في الستينيات.
الآن، ولأول مرة، أثبت الأكاديميون في جامعة بريستول دمج كاشف الضوء الكمي – أصغر من شعرة الإنسان – في شريحة السيليكون، مما يقربنا خطوة واحدة من عصر التقنيات الكمومية التي تستخدم الضوء.
يعد تصنيع الإلكترونيات والضوئيات عالية الأداء على نطاق واسع أمرًا أساسيًا لتحقيق الجيل القادم من تقنيات المعلومات المتقدمة. إن اكتشاف كيفية صنع تقنيات الكم في المرافق التجارية القائمة هو جهد دولي مستمر تعالجه الأبحاث الجامعية والشركات في جميع أنحاء العالم.
قد يكون من الأهمية بمكان أن تكون الحوسبة الكمومية قادرة على صنع أجهزة كمومية عالية الأداء على نطاق واسع نظرًا للكمية الهائلة من المكونات المتوقعة لبناء جهاز واحد.
وسعيًا لتحقيق هذا الهدف، قام الباحثون في جامعة بريستول بعرض نوع من كاشف الضوء الكمي الذي يتم تنفيذه على شريحة ذات دائرة تشغل 80 ميكرومترًا في 220 ميكرومترًا.
والأهم من ذلك، أن الحجم الصغير يعني أن كاشف الضوء الكمي يمكن أن يكون سريعًا، وهو أمر أساسي لفتح الاتصالات الكمومية عالية السرعة وتمكين التشغيل عالي السرعة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية.
يساعد استخدام تقنيات التصنيع الراسخة والمتاحة تجاريًا على احتمالات الدمج المبكر في تقنيات أخرى مثل الاستشعار والاتصالات.
يوضح البروفيسور جوناثان ماثيوز، الذي قاد البحث ومدير مختبرات تكنولوجيا هندسة الكم: “تسمى هذه الأنواع من الكواشف كاشفات هومودين، وهي تظهر في كل مكان في التطبيقات عبر البصريات الكمومية”. “إنها تعمل في درجة حرارة الغرفة، ويمكنك استخدامها للاتصالات الكمومية، في أجهزة استشعار حساسة بشكل لا يصدق – مثل أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الحديثة – وهناك تصميمات لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي من شأنها أن تستخدم هذه الكاشفات.”
في عام 2021، أظهر فريق بريستول كيف أن ربط شريحة الضوئيات بشريحة إلكترونية منفصلة يمكن أن يزيد من سرعة أجهزة الكشف عن الضوء الكمي – الآن باستخدام شريحة إلكترونية فوتونية مدمجة واحدة، تمكن الفريق من زيادة السرعة بعامل 10 مع تقليل البصمة بمقدار أ عامل 50.
وفي حين أن هذه الكاشفات سريعة وصغيرة الحجم، إلا أنها حساسة أيضًا.
يوضح المؤلف الدكتور جياكومو فيرانتي أن “مفتاح قياس الضوء الكمي هو الحساسية للضوضاء الكمومية”. “ميكانيكا الكم مسؤولة عن مستوى أساسي دقيق من الضوضاء في جميع الأنظمة البصرية. يكشف سلوك هذا الضجيج معلومات حول نوع الضوء الكمي الذي ينتقل في النظام، ويمكنه تحديد مدى حساسية المستشعر البصري، ويمكن استخدامه لإعادة بناء الحالات الكمومية رياضيًا. وفي دراستنا، كان من المهم إظهار أن جعل الكاشف أصغر حجمًا وأسرع لم يمنع حساسيته لقياس الحالات الكمومية.
لاحظ المؤلفون أن هناك المزيد من الأبحاث المثيرة التي يجب القيام بها في دمج أجهزة التكنولوجيا الكمومية التخريبية الأخرى وصولاً إلى مقياس الرقائق. مع الكاشف الجديد، يجب تحسين الكفاءة، وهناك عمل يجب القيام به لتجربة الكاشف في الكثير من التطبيقات المختلفة.
وأضاف البروفيسور ماثيوز: “لقد قمنا ببناء الكاشف باستخدام مسبك يمكن الوصول إليه تجاريًا من أجل تسهيل الوصول إلى تطبيقاته. في حين أننا متحمسون بشكل لا يصدق للآثار المترتبة على مجموعة من التكنولوجيا الكمومية، فمن الأهمية بمكان أن نستمر كمجتمع في مواجهة التحدي المتمثل في تصنيع تكنولوجيا الكم القابلة للتطوير. وبدون إظهار تصنيع أجهزة كمومية قابلة للتطوير حقًا، فإن تأثير وفوائد التكنولوجيا الكمومية سوف يتأخر ويصبح محدودًا.
تم نشر الورقة البحثية: “كاشف الضوء الكمي للدائرة المتكاملة الضوئية الإلكترونية Bi-CMOS” اليوم في Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk6890
