英國學者突破量子技術製造瓶頸 微型光子偵測器整合於矽晶片
科技產業資訊室 (iKnow) - 黃松勳 發表於 2024年5月30日
圖、英國學者突破量子技術製造瓶頸 微型光子偵測器整合於矽晶片
如果說1960年代科學家將電晶體微型化整合到晶片上，開啟了資訊時代的大門，那麼這項最新成果則標誌著量子科技邁向規模化製造的重要一步。研究人員打造出的微型量子光偵測器，面積僅有80微米x 220微米，卻擁有優異的性能表現。
研究人員表示，這種偵測器被稱為「同差偵測器(homodyne detector)」，在量子光學應用中隨處可見，可用於量子通訊、重力波探測等領域，部分量子電腦設計也將使用它。關鍵在於體積小且反應速度極快，這對提高量子通訊速率和光量子電腦運行速率至關重要。
與此同時，該研究團隊採用了成熟的商業製程技術，有利於這種量子光電積體電路晶片未來嵌入諸如感測和通訊等領域的技術系統中。2021年，研究人員曾展示了將光電晶片與電子晶片連接起來，並提高偵測器速度，而現在更進一步地將其整合在單一晶片中，使速度再次提高10倍，體積則縮小50倍。
這款微型光偵測器除了微小輕快，還極為靈敏。研究人員表示，偵測光量子的關鍵在於對量子雜訊的敏感度。量子力學賦予了所有光學系統具有一定基本程度的雜訊，這種基本雜訊的行為可揭示光量子的狀態資訊，並決定光學感測器的靈敏度極限。因此，研究中還需證明微型化偵測器不會影響其量子量測能力。
研究團隊表示，未來將在晶片級別上整合其他顛覆性的量子硬體裝置，提高偵測效率，並大規模試驗偵測器在各種應用場景中的表現。布里斯托大學研究人員選擇在商業代工廠落地，正是為了提高其實際應用的可及性。
研究人員表示，儘管這一突破令人振奮，但科學家仍需持續克服可擴展製造的難題。只有真正實現量子硬體的規模化生產，量子科技才能充分釋放其價值和效益，為社會帶來更大影響。
此微型化量子光偵測器的創新成果，標誌著量子科技邁向規模化製造邁出了關鍵一步。量子科技作為新興的顛覆性技術，其發展離不開持續性的創新突破，而最終能否真正產業化落地，還需產學研界合作協力，在材料、技術、系統等多個層面共同研發突破。未來，人類將有機會利用量子科技帶來的全新領域變革和應用體驗。(894字；圖1)
參考資料：
Researchers Develop World's Smallest Quantum Light Detector On A Silicon Chip. The Quantum Insider, 2024/05/20.
A Bi-CMOS electronic photonic integrated circuit quantum light detector. Science Advances, 2024/05/17.
University of Bristol researchers develop world's smallest quantum light detector on a silicon chip. University of Bristol, 2024/05/28.
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