Физики из Великобритании создали самый маленький квантовый детектор света на кремниевом чипе. Его размеры всего 80 × 220 микрометров. Подробное описание разработки опубликовано в журнале Science Advances.

В шестидесятых годах прошлого века развитие науки и технологии позволило создать миниатюрные полупроводниковые транзисторы и чипы. Это привело к бурному развитию информационных технологий, а в 1956 году за исследование транзисторного эффекта Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

В наше время развитие квантовых компьютеров и квантовых вычислений требует разработки аналогичных миниатюрных чипов для генерации и регистрации квантов света, чтобы уменьшить размеры вычислительных систем. Ученые уже научились создавать некоторые типы миниатюрных источников квантов света и интегрировать их на полупроводниковые чипы. Однако помимо источников фотонов для вычислительных схем требуются и миниатюрные детекторы света.

Джоел Таскер (Joel F. Tasker), Джонатан Фразер (Jonathan Frazer), Джакомо Ферранти (Giacomo Ferranti) и Джонатан Мэттьюз (Jonathan C. F. Matthews) из Бристольского Университета смогли объединить на монолитном чипе всю электронику и кремниевую фотонику, необходимую для гомодинного обнаружения квантово-оптических сигнатур. Его удалось изготовить при помощи 250-нанометровой литографической биполярной КМОП-технологии. При этом размер чипа получился всего 80 × 220 микрометров.

Биполярный интегрированный гомодинный детектор КМОП для измерения квантов света. Joel F. Tasker et al. / Science Advances, 2024

Физики измерили полосу пропускания чипа, она составила 15,3 ± 0,1 гигагерц по уровню 3 децибел с максимальным клиренсом дробового шума 12 децибел. По словам ученых, такая производительность обеспечивается за счет монолитной электронно-фотонной интеграции, которая выходит за пределы емкости устройств, состоящих из отдельных интегрированных микросхем или дискретных компонентов.

Интегральный фотонный чип позволит, по мнению авторов, уменьшить размеры вычислительных систем, упростит сборку и повысит производительность.