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新的光子探测器 - 朝向量子芯片的关键步骤

时间：2021-10-11 12:25:01 来源：

研究人员新的光子探测器之一，沉积Athwart光通道 - 或“波导”（水平黑带） - 在硅光学芯片上。

在一项新的研究中，研究人员描述了一种微米级倒装芯片过程，使得超导纳米线单光子探测器能够在一系列光子电路上进行可扩展的整合。

一组研究人员建立了一系列敏感的光探测器，足够敏感，以注册近在光颗粒或光子的到达，并将其安装在硅光学芯片上。这种阵列是使用光子执行量子计算的装置的重要组成部分。

单光子探测器是神奇的：使用标准制造技术沉积在芯片上的100个，只有少数一般会起作用。在出现在自然通信中的论文中，MIT和其他地方的研究人员描述了一种用于分开制造和测试探测器的程序，然后将那些运作到使用标准制造工艺建造的光学芯片的过程。

除了产生更密集和更大的阵列外，该方法还增加了探测器的灵敏度。在实验中，研究人员发现，它们的探测器高达100倍的可能比早期阵列中的那些精确地注册单个光子的到达的可能性。

“你制作两个部分 - 探测器和光子芯片 - 通过他们的最佳制作过程，这是专门的，然后将它们带到一起，”MIT电气工程和计算机科学研究生和第一作者新文章。

思考小

根据量子力学的说法，违反尺寸的物理粒子，能够同时居住互相排他性状态。因此，由这种粒子制成的计算元素，称为量子位或QUBit-因此可以同时表示零和一个。如果多个Qubits是“纠缠的”，这意味着它们的量子状态彼此相互依赖，则在某种意义的情况下，单个量子计算是同时执行许多计算。

随着大多数颗粒，缠结难以维持，但光子相对容易。因此，光学系统是对量子计算的有希望的方法。但是任何量子计算机 - 说，其中距离钻石的激光捕获的离子或氮原子的少量电脑 - 仍然可以受益于使用缠绕的光子来移动围绕量子信息。

“因为最终一个人想要用数百或数百个光子夸张制作这种光学处理器，因此使用传统光学部件来实现这一目标令人难以忍受的，”杰米森职业开发助理教授在麻省理工学院的电气工程和计算机科学教授Dirk Englund说和新论文的通讯作者。“这不仅笨重但可能是不可能的，因为如果你试图在一个大的光学桌上建造它，那么只要表的随机运动就会导致这些光学状态的噪声。因此，努力将这些光电路小型化到光子集成电路上。“

该项目是Englund的组和量子纳米结构和纳米结构组之间的合作，由电气工程和计算机科学副教授Karl Berggren领导，其中Najafi是成员。麻省理工学院研究人员也被IBM和NASA喷气机推进实验室的同事加入。

搬迁

研究人员的过程从使用传统的制造技术制成的硅光学芯片开始。在单独的硅芯片上，它们生长在氮化硅的薄，柔性薄膜上，它们以对光子检测的模式沉积超导体氮化铌。在所得探测器的两端，它们沉积金电极。

然后，在氮化硅膜的一端，它们附着一小滴的聚二甲基硅氧烷，一种硅氧烷。然后，它们按压钨探针，通常用于测量实验芯片的电压，对抗硅氧烷。

“这几乎像傻傻的腻子，”Englund说。“你把它放下，它展开并制作了高表面接触区域，当你快速捡起它时，它将保持大的表面积。然后它放松了，以便回到一点。就像你试图用手指拿起硬币。你按下它并快速捡起它，很快就会脱落。“

使用钨探头，研究人员将薄膜从其基板上剥离并将其连接到光学芯片上。

在以前的阵列中，检测器仅注册了针对它们的单个光子的0.2％。甚至片上探测器均在历史上占据历史上，占上2％的约2％。但研究人员新芯片上的探测器高达20％。从实际量子电路所需的90％或更长时间，这仍然是长途的，但它是正确方向的一步。

“这项工作是技术之旅，”格拉斯哥大学的光子学教授Robert Hadfield说，Glasgow教授没有参与研究。“潜力可以扩大到需要数百个探测器的大电路，需要使用商业挑选技术。”

出版物：Faraz Najafi，等，“通过可扩展的单光子探测器的可扩展集成非古典光的片上检测，”自然通信6，物品编号：5873; DOI：10.1038 / ncomms6873

图像：礼貌的自然通信

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