تقنية جديدة لكاشف الضوء الكمومي

تكنولوجيا جديدةكاشف ضوئي كمي

أصغر شريحة سيليكون كمية في العالمكاشف ضوئي

في الآونة الأخيرة، حقق فريق بحثي في ​​المملكة المتحدة تقدمًا مهمًا في تصغير تكنولوجيا الكم، حيث نجحوا في دمج أصغر كاشف ضوئي كمي في العالم في شريحة سيليكون. نُشر العمل، المعنون "كاشف ضوئي كمي بدائرة متكاملة فوتونية إلكترونية ثنائية المكمل"، في مجلة Science Advances. في ستينيات القرن الماضي، قام العلماء والمهندسون لأول مرة بتصغير الترانزستورات على شرائح دقيقة رخيصة، وهو ابتكار بشر بعصر المعلومات. والآن، أظهر العلماء لأول مرة دمج كاشفات ضوئية كمية أرق من شعرة الإنسان على شريحة سيليكون، مما يقربنا خطوة واحدة من عصر تكنولوجيا الكم التي تستخدم الضوء. لتحقيق الجيل التالي من تكنولوجيا المعلومات المتقدمة، فإن التصنيع واسع النطاق للمعدات الإلكترونية والفوتونية عالية الأداء هو الأساس. يمثل تصنيع تكنولوجيا الكم في المرافق التجارية القائمة تحديًا مستمرًا للبحث الجامعي والشركات في جميع أنحاء العالم. إن القدرة على تصنيع أجهزة كمية عالية الأداء على نطاق واسع أمر بالغ الأهمية للحوسبة الكمومية، لأن بناء جهاز كمبيوتر كمي يتطلب عددًا كبيرًا من المكونات.

أظهر باحثون في المملكة المتحدة كاشفًا ضوئيًا كميًا بمساحة دائرة متكاملة تبلغ 80 ميكرونًا × 220 ميكرونًا فقط. هذا الحجم الصغير يسمح لكاشفات الضوء الكمي بأن تكون سريعة جدًا، وهو أمر ضروري لفتح آفاق عالية السرعة.الاتصالات الكموميةوتمكين التشغيل عالي السرعة لأجهزة الحاسوب الكمومية البصرية. يُسهّل استخدام تقنيات التصنيع الراسخة والمتاحة تجاريًا التطبيقات المبكرة في مجالات تقنية أخرى مثل الاستشعار والاتصالات. تُستخدم هذه الكواشف في مجموعة واسعة من التطبيقات في مجال البصريات الكمومية، ويمكنها العمل في درجة حرارة الغرفة، وهي مناسبة للاتصالات الكمومية، وأجهزة الاستشعار شديدة الحساسية مثل كواشف الموجات الثقالية المتطورة، وفي تصميم بعض أجهزة الحاسوب الكمومية.

على الرغم من سرعة وصغر حجم هذه الكواشف، إلا أنها شديدة الحساسية. يكمن سر قياس الضوء الكمي في حساسية التشويش الكمي. تُنتج ميكانيكا الكم مستويات أساسية ضئيلة من التشويش في جميع الأنظمة البصرية. يكشف سلوك هذا التشويش عن معلومات حول نوع الضوء الكمي المنقول في النظام، ويمكنه تحديد حساسية المستشعر البصري، ويمكن استخدامه لإعادة بناء الحالة الكمومية رياضيًا. أظهرت الدراسة أن تصغير الكاشف البصري وتسريعه لم يُعيق حساسيته لقياس الحالات الكمومية. يخطط الباحثون في المستقبل لدمج أجهزة تقنية كمومية أخرى متطورة في نطاق الشريحة، مما يُحسّن كفاءة النظام الجديد بشكل أكبر.كاشف بصريواختباره في مجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة. ولجعل الكاشف متاحًا على نطاق أوسع، صنعه فريق البحث باستخدام أجهزة نوافير متوفرة تجاريًا. ومع ذلك، يؤكد الفريق على أهمية مواصلة مواجهة تحديات التصنيع القابل للتوسع باستخدام تقنية الكم. فبدون إثبات تصنيع أجهزة كمية قابلة للتوسع حقًا، سيتأخر تأثير وفوائد تقنية الكم ويحد من فعاليتها. ويمثل هذا الإنجاز خطوة مهمة نحو تحقيق تطبيقات واسعة النطاق لـتكنولوجيا الكمومستقبل الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية مليء بإمكانيات لا حصر لها.

الشكل 2: مخطط تخطيطي لمبدأ الجهاز.