سریع‌ و کوچک‌ترین آشکارساز نوری جهان ساخته شد

به گزارش خبرگزاری علم وفناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، دانش پژوهان دانشگاه بریستول موفق شدند کوچکترین آشکارساز نور کوانتومی جهان را بر روی یک تراشه سیلیکونی بسازند. این آشکارساز کوچک که از پهنای موی انسان نازک‌تر است، می‌تواند به گسترش فناوری کوانتومی کمک کند.

در دهه ۱۹۶۰، پس از آنکه دانشمندان توانستند ترانزیستور‌های بزرگ را به ریزتراشه‌های کوچکی تبدیل کنند ساخت ارزانی داشتند، حوزه الکترونیک شاهد جهش بزرگی شد. از آنجایی که امروزه تشخیص سیگنال نور یا بیت‌های کوانتومی به حداقل رسیده است، اکنون می‌توان سرنوشت مشابهی را برای رایانه‌های کوانتومی انتظار داشت.

طرح‌های فعلی رایانه‌های کوانتومی، ماشین‌های عظیمی هستند که فضای اتاق‌ها را اشغال می‌کنند و برای کار کردن به هوای بسیار سرد نیاز دارند. یک رایانه کوانتومی اگر بخواهد مانند همتای دو دویی خود در آن مقیاس به کار گرفته شود، باید از نظر اندازه کوچک شده و روشن کردن و کارکرد آن آسان‌تر شود.

اکنون دانشمندان به سرپرستی «جاناتان متیوز» «Jonathan Matthews» استاد دانشگاه و مدیر آزمایشگاه‌های فناوری مهندسی کوانتومی، نخستین گام را برای کوچک سازی رایانه‌های کوانتومی برداشته اند.

آشکارساز‌های هومودین

این دانشمندان نخستین بار سال ۲۰۲۱ نشان دادند آشکارساز هومودین، یک تراشه فوتونیک را با یک تراشه الکترونیکی مرتبط کرد و سرعت تشخیص نور کوانتومی را افزایش داد. سه سال بعد، آنها این دو جزء را روی یک تراشه ادغام کردند و سرعت تشخیص را تا ضریب ۱۰ و ردپایی را تا ضریب ۵۰ کاهش دادند.

مدار آشکارساز نور کوانتومی ادغام شده در تراشه، ۰.۰۰۳۱ اینچ (۸۰ میکرومتر) در ۰.۰۰۸۶ اینچ (۲۲۰ میکرومتر) است. برای مقایسه، متوسط ضخامت مو‌های انسان ۰.۰۰۱۹ اینچ (۵۰ میکرومتر) است.

این محققان می‌گویند آشکارساز‌های هومودین به طور گسترده در اپتیک کوانتومی استفاده می‌شوند؛ چراکه قابلیت استفاده در دمای اتاق و در حسگر‌های بسیار حساس مانند آشکارساز‌های امواج گرانشی را دارند.

مزیت آشکارساز کوچک تر، تشخیص سریعتر نور کوانتومی است که سرعت ارتباط درون سیستم و در نتیجه سرعت عملیاتی کلی رایانه کوانتومی را بهبود می‌بخشد.

در حالی که حسگر‌های کوچکتر و سریعتر برتری دارند، اما حساسیت به نویز نیز ویژگی مثبت دیگر آنهاست. «جاکومو فرانتی» «Giacomo Ferranti» یکی دیگر از مجریان این طرح می‌گوید: کلید اندازه گیری نور کوانتومی حساسیت به نویز کوانتومی است.

مکانیک کوانتومی در تمام سیستم‌های نوری و اوپتیکی، مسئول سطح بنیادی و بسیار جزئی نویز است. رفتار این نویز که اطلاعاتی را در مورد نوع نور کوانتومی در حال حرکت در سیستم نشان می‌دهد، می‌تواند تعیین کننده میزان حساسیت حسگر نوری باشد و برای بازسازی ریاضی حالت‌های کوانتومی استفاده شود.