ساخت کوچک‌ترین آشکارساز نور به نازکی موی انسان/ رایانه‌های کوانتومی کوچک‌تر می‌شوند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، محققان در دانشگاه بریستول انگلستان توانسته‌اند کوچک‌ترین آشکارساز نور کوانتومی جهان را بر روی یک تراشه سیلیکونی توسعه دهند. این آشکارساز کوچک که از پهنای موی انسان نازک‌تر است، می‌تواند به افزایش و توسعه فناوری کوانتومی کمک کند.

در دهه ۱۹۶۰، پس از اینکه دانشمندان ترانزیستور‌های بزرگ را به ریزتراشه‌های کوچکی تبدیل کردند که  با هزینه کمتری ساخته می‌شدند، حوزه الکترونیک جهش بزرگی را تجربه کرد. از آنجایی که تشخیص سیگنال نور یا بیت‌های کوانتومی به حداقل رسیده است، اکنون می‌توان سرنوشت مشابهی را برای کامپیوتر‌های کوانتومی انتظار داشت.

طرح‌های فعلی رایانه‌های کوانتومی برای ماشین‌های عظیمی هستند که اتاق‌ها را اشغال می‌کنند و برای کار کردن به دمای انجماد نیاز دارند. اگر مانند همتای دودویی‌اش، یک کامپیوتر کوانتومی باید در مقیاس بزرگی مستقر شود، خود دستگاه باید از نظر اندازه کوچک‌تر شود و راحت‌تر قابل روشن کردن و عمل کردن باشد.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی جاناتان متیوز، استاد دانشگاه و مدیر آزمایشگاه‌های فناوری مهندسی کوانتومی، نخستین گام را برای کوچک‌سازی کامپیوتر کوانتومی برداشته‌اند.

آشکارساز‌های «هوموداین» چگونه عمل می‌کنند؟

این تیم تحقیقاتی نخستین کار خود را سال ۲۰۲۱ نشان دادند که 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 وسرعت تشخیص را به ضریب ۱۰ و ابعاد فیزیکی را به ضریب ۵۰ کاهش دادند.

آشکارساز نور کوانتومی ادغام شده در تراشه و مدار آن ۸۰ میکرومتر در ۲۲۰ میکرومتر است. برای مقایسه، متوسط ​​ضخامت مو‌های انسان ۵۰ میکرومتر است.

متیوز در بیانیه مطبوعاتی افزود که این آشکارساز به عنوان آشکارساز هوموداین شناخته می‌شود و به طور گسترده در اپتیک کوانتومی استفاده می‌شود؛ زیرا در دمای اتاق و در حسگر‌های بسیار حساس مانند آشکارساز‌های امواج گرانشی کار می‌کند.

مزیت آشکارساز‌های کوچکتر تشخیص سریعتر نور کوانتومی است که سرعت ارتباط درون سیستم و در نتیجه سرعت عملیاتی کلی کامپیوتر کوانتومی را بهبود می‌بخشد.

مراقب نویز تراشه‌های جدید باشید

امروزه سنسور‌های کوچکتر و سریعتر در اولویت قرار دارند، اما این موضوع آنها را مستعد نویز می‌کند. جاکومو فرانتی، مدرس دانشگاه بریستول که در این کار نیز نقش داشته است، می‌گوید: کلید اندازه گیری نور کوانتومی حساسیت به نویز کوانتومی است.

مکانیک کوانتومی مسئولیت سطح بنیادی و کوچکی از نویز در تمامی سیستم‌های نوری را دارد. رفتار این نویز اطلاعاتی را در مورد نوع نور کوانتومی در حال حرکت در سیستم نشان می‌دهد که می‌تواند تعیین کند که حسگر نوری چقدر می‌تواند حساس باشد و می‌تواند برای بازسازی ریاضی حالت‌های کوانتومی استفاده شود.

محققان در کار خود، مشتاق بودند نشان دهند که کوچک شدن اندازه آشکارساز بر حساسیت آن برای اندازه‌گیری حالات کوانتومی تأثیری نمی‌گذارد، که در انجام آن موفق شدند. یکی دیگر از نکات برجسته این تحقیق، توسعه تراشه با استفاده از یک ریخته‌گری تجاری موجود بود که عرضه آن را در مقیاس بزرگ‌تر آسان‌تر می‌کرد.

متیوز اظهار کرد: در حالی که ما به شدت از پیامد‌های طیف وسیعی از فناوری کوانتومی هیجان زده هستیم، بسیار مهم است که به عنوان یک جامعه همچنان با چالش ساخت مقیاس پذیر فناوری کوانتومی مقابله کنیم. بدون نمایش ساخت مقیاس پذیر سخت افزار کوانتومی، تاثیر و مزایای فناوری کوانتومی به تعویق افتاده و محدود خواهد شد.