布里斯托大学的研究人员通过将世界上最小的量子光探测器集成到硅芯片上，在扩展量子技术方面取得了重要突破。论文《A Bi-CMOS 电子光子集成电路量子光探测器》发表在《Science Advances》上。
20 世纪 60 年代，科学家和工程师首次能够将晶体管小型化到廉价的微芯片上，这是开启信息时代的关键时刻。
现在，布里斯托大学的学者首次展示了将比人类头发还小的量子光探测器集成到硅芯片上，使我们更接近利用光的量子技术时代。
大规模制造高性能电子和光子学是实现下一代先进信息技术的基础。弄清楚如何在现有商业设施中制造量子技术是一项持续的国际努力，世界各地的大学研究和公司正在努力解决这一问题。
由于预计构建单台机器需要大量组件，因此能够大规模制造高性能量子硬件对于量子计算来说至关重要。
为了实现这一目标，布里斯托大学的研究人员展示了一种量子光探测器，该探测器在电路面积为 80 微米 x 220 微米的芯片上实现。
至关重要的是，小尺寸意味着量子光探测器可以更快，这是解锁高速量子通信和实现光量子计算机高速运行的关键。
使用成熟且商业化的制造技术有助于尽早融入传感和通信等其他技术。
“这些类型的探测器被称为零差探测器，它们在量子光学的应用中随处可见，”领导这项研究的量子工程技术实验室主任乔纳森·马修斯教授解释道。
“它们在室温下运行，你可以将它们用于量子通信，在极其灵敏的传感器中——比如最先进的引力波探测器——并且有一些量子计算机的设计将使用这些探测器。”
2021 年，布里斯托尔团队展示了如何将光子芯片与单独的电子芯片连接起来，从而提高量子光探测器的速度——现在，通过单个电子-光子集成芯片，该团队将速度进一步提高了 10 倍，同时减少了占地面积50 倍。
虽然这些探测器速度快、体积小，但它们也很灵敏。
“测量量子光的关键是对量子噪声的敏感性，”作者 Giacomo Ferranti 博士解释道。
“量子力学对所有光学系统中微小的、基本的噪声水平负有责任。这种噪声的行为揭示了有关系统中传播的量子光类型的信息，它可以确定光学传感器的灵敏度，并且它可以可用于在数学上重建量子态，在我们的研究中，重要的是要表明，使探测器更小、更快并不会妨碍其测量量子态的灵敏度。”
作者指出，在将其他颠覆性量子技术硬件集成到芯片规模方面，还有更令人兴奋的研究要做。使用新的探测器，效率需要提高，并且需要做一些工作来在许多不同的应用中试用探测器。
马修斯教授补充道：“我们使用商业化的铸造厂制造了探测器，以便使其应用更容易实现。虽然我们对一系列量子技术的影响感到非常兴奋，但至关重要的是，我们作为一个社区，继续解决这个问题量子技术可扩展制造的挑战。
“如果不展示真正可扩展的量子硬件制造，量子技术的影响和好处将被延迟和限制。”
