I ricercatori dell’Università di Bristol hanno fatto un importante passo avanti nello sviluppo della tecnologia quantistica integrando il più piccolo rilevatore di luce quantistica al mondo su un chip di silicio.
Il rilevatore di luce quantistica più sottile di un capello umano
Un momento critico per sbloccare l’era dell’informazione si è verificato quando scienziati e ingegneri sono stati in grado per la prima volta di miniaturizzare i transistor su microchip economici negli anni ’60.
Ora, per la prima volta, gli accademici dell’Università di Bristol hanno dimostrato l’integrazione di un rilevatore di luce quantistica, più sottile di un capello umano, su un chip di silicio, avvicinandoci di un passo all’era delle tecnologie quantistiche che utilizzano la luce.
Realizzare elettronica e fotonica ad alte prestazioni su larga scala è fondamentale per sviluppare la prossima generazione di tecnologie informatiche avanzate. Capire come realizzare tecnologie quantistiche nelle strutture commerciali esistenti è un impegno internazionale in corso affrontato dalla ricerca universitaria e dalle aziende di tutto il mondo.
Potrebbe rivelarsi cruciale per l’informatica quantistica essere in grado di realizzare hardware quantistico ad alte prestazioni su larga scala a causa della grande quantità di componenti previsti per costruire anche una singola macchina.
Lo studio
Nel perseguimento di questo obiettivo, i ricercatori dell’Università di Bristol hanno dimostrato un tipo di rilevatore di luce quantistica implementato su un chip con un circuito che occupa 80 micrometri per 220 micrometri.
Fondamentalmente, le dimensioni ridotte significano che il rilevatore di luce quantistica può essere veloce, il che è la chiave per sbloccare le comunicazioni quantistiche ad alta velocità e consentire il funzionamento ad alta velocità dei computer quantistici ottici.
L’uso di tecniche di fabbricazione consolidate e commercialmente accessibili ha aumentato le prospettive di una rapida incorporazione in altre tecnologie come il rilevamento e le comunicazioni.
“Questi tipi di rilevatori sono chiamati rilevatori omodini e compaiono ovunque nelle applicazioni dell’ottica quantistica“, ha spiegato il Professor Jonathan Matthews, che ha guidato la ricerca ed è direttore dei laboratori di tecnologia di ingegneria quantistica.
“Funzionano a temperatura ambiente e puoi usarli per le comunicazioni quantistiche, in sensori incredibilmente sensibili, come i rilevatori di onde gravitazionali all’avanguardia, e ci sono progetti di computer quantistici che utilizzerebbero questi rilevatori“.
Nel 2021, il team di Bristol ha dimostrato come collegare un chip fotonico con un chip elettronico separato può aumentare la velocità del rilevatore di luce quantistica: ora con un singolo chip integrato elettronico-fotonico, il team ha ulteriormente aumentato la velocità di un fattore 10 riducendo al contempo l’ingombro per un fattore 50.
Sebbene questi rilevatori siano veloci e piccoli, sono anche sensibili: “La chiave per misurare la luce quantistica è la sensibilità al rumore quantistico“, ha aggiunto l’autore Dr. Giacomo Ferranti.
“La meccanica quantistica è responsabile di un livello minimo e fondamentale di rumore in tutti i sistemi ottici. Il comportamento di questo rumore rivela informazioni su che tipo di luce quantistica sta viaggiando nel sistema, può determinare quanto può essere sensibile un sensore ottico e può essere utilizzato per ricostruire matematicamente gli stati quantistici. Nel nostro studio, era importante dimostrare che rendere il rilevatore di luce quantistica più piccolo e più veloce non ne bloccava la sensibilità per la misurazione degli stati quantistici“.
Conclusioni
Gli autori hanno evidenziato che c’è una ricerca più interessante da fare per integrare altri hardware di tecnologia quantistica dirompente fino alla scala dei chip. Con il nuovo rilevatore di luce quantistica, l’efficienza deve essere migliorata e c’è del lavoro da fare per testare il rilevatore in molte applicazioni diverse.
Il professor Matthews ha specificato: “Abbiamo costruito il rilevatore di luce quantistica con una fonderia commercialmente accessibile al fine di rendere le sue applicazioni più accessibili. Sebbene siamo incredibilmente entusiasti delle implicazioni in una vasta gamma di tecnologie quantistiche, è fondamentale che noi come comunità continuiamo ad affrontare il problema sfida della fabbricazione scalabile della tecnologia quantistica”.
“Senza dimostrare una fabbricazione veramente scalabile di hardware quantistico, l’impatto e i benefici della tecnologia quantistica saranno ritardati e limitati”.
Lo studio “A Bi-CMOS electronic photonic integrated circuit quantum light detector“, è stato pubblicato su Science Advances.
