تقنية جديدة للكاشف الضوئي الكمي

تكنولوجيا جديدة منالكاشف الضوئي الكمي

أصغر شريحة سيليكون كمومية في العالمphotodetector

في الآونة الأخيرة، حقق فريق بحث في المملكة المتحدة تقدمًا مهمًا في تصغير تكنولوجيا الكم، حيث نجحوا في دمج أصغر كاشف ضوئي كمي في العالم في شريحة السيليكون. تم نشر العمل الذي يحمل عنوان "كاشف الضوء الكمي للدائرة المتكاملة الضوئية الإلكترونية Bi-CMOS" في مجلة Science Advances. في ستينيات القرن العشرين، قام العلماء والمهندسون لأول مرة بتصغير الترانزستورات إلى شرائح دقيقة رخيصة الثمن، وهو الابتكار الذي بشر ببدء عصر المعلومات. الآن، أثبت العلماء لأول مرة دمج أجهزة الكشف الضوئي الكمومية التي هي أرق من شعرة الإنسان على شريحة السيليكون، مما يقربنا خطوة واحدة من عصر التكنولوجيا الكمومية التي تستخدم الضوء. لتحقيق الجيل القادم من تكنولوجيا المعلومات المتقدمة، يعد التصنيع على نطاق واسع للمعدات الإلكترونية والضوئية عالية الأداء هو الأساس. يمثل تصنيع تكنولوجيا الكم في المرافق التجارية الحالية تحديًا مستمرًا للأبحاث الجامعية والشركات في جميع أنحاء العالم. إن القدرة على تصنيع أجهزة كمومية عالية الأداء على نطاق واسع أمر بالغ الأهمية للحوسبة الكمومية، لأنه حتى بناء جهاز كمبيوتر كمي يتطلب عددًا كبيرًا من المكونات.

أظهر باحثون في المملكة المتحدة كاشفًا ضوئيًا كميًا بمساحة دائرة متكاملة تبلغ 80 ميكرونًا في 220 ميكرونًا فقط. يتيح هذا الحجم الصغير لأجهزة الكشف الضوئي الكمومية أن تكون سريعة جدًا، وهو أمر ضروري لفتح السرعة العاليةالتواصل الكميوتمكين التشغيل عالي السرعة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية. إن استخدام تقنيات التصنيع الراسخة والمتاحة تجارياً يسهل التطبيق المبكر في مجالات التكنولوجيا الأخرى مثل الاستشعار والاتصالات. تُستخدم هذه الكواشف في مجموعة واسعة من التطبيقات في مجال البصريات الكمومية، ويمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة، وهي مناسبة للاتصالات الكمومية، وأجهزة الاستشعار الحساسة للغاية مثل أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الحديثة، وفي تصميم بعض أجهزة الكشف الكمومية. أجهزة الكمبيوتر.

وعلى الرغم من أن هذه الكاشفات سريعة وصغيرة الحجم، إلا أنها أيضًا حساسة جدًا. إن مفتاح قياس الضوء الكمي هو الحساسية للضوضاء الكمومية. تنتج ميكانيكا الكم مستويات أساسية صغيرة من الضوضاء في جميع الأنظمة البصرية. ويكشف سلوك هذا الضجيج معلومات حول نوع الضوء الكمومي المنقول في النظام، ويمكن تحديد حساسية المستشعر البصري، ويمكن استخدامه لإعادة بناء الحالة الكمومية رياضيًا. وأظهرت الدراسة أن جعل الكاشف البصري أصغر حجما وأسرع لم يعيق حساسيته لقياس الحالات الكمومية. في المستقبل، يخطط الباحثون لدمج أجهزة تكنولوجيا الكم التخريبية الأخرى في مقياس الرقاقة، مما يزيد من تحسين كفاءة الرقاقة الجديدة.كاشف بصري، واختباره في مجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة. ولجعل الكاشف متاحًا على نطاق أوسع، قام فريق البحث بتصنيعه باستخدام نوافير متاحة تجاريًا. ومع ذلك، يؤكد الفريق على أنه من الأهمية بمكان الاستمرار في مواجهة تحديات التصنيع القابل للتطوير باستخدام التكنولوجيا الكمومية. وبدون إثبات تصنيع الأجهزة الكمومية القابلة للتطوير حقًا، فإن تأثير وفوائد التكنولوجيا الكمومية سوف يتأخر ويصبح محدودًا. يمثل هذا الاختراق خطوة مهمة نحو تحقيق تطبيقات واسعة النطاق لـتكنولوجيا الكمومستقبل الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية مليء بالإحتمالات التي لا نهاية لها.

الشكل 2: رسم تخطيطي لمبدأ الجهاز.