一、研究大背景

　　大規(guī)模制造高性能電子和光子學(xué)是實(shí)現(xiàn)下一代先進(jìn)信息技術(shù)的基礎(chǔ)。弄清楚如何在現(xiàn)有的商業(yè)設(shè)施中制造量子技術(shù)是一項(xiàng)正在進(jìn)行的國(guó)際努力，世界各地的大學(xué)研究和公司都在努力解決這個(gè)問題。

　　對(duì)于量子計(jì)算來說，能夠大規(guī)模制造高性能量子硬件可能是至關(guān)重要的，因?yàn)榧词故且慌_(tái)機(jī)器也需要大量的組件。

　　二、站在巨人肩膀上研究

　　為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，布里斯托大學(xué)研究人員展示了一種量子光探測(cè)器，該探測(cè)器被實(shí)現(xiàn)在一個(gè)芯片上，其電路占地80微米乘220微米。

　　最重要的是，量子光探測(cè)器的小尺寸意味著可以快速運(yùn)行，這是解開高速量子通信和光量子計(jì)算機(jī)高速運(yùn)行的關(guān)鍵。

　　使用已確立的和商業(yè)上可獲得的制造技術(shù)有助于盡早將其納入傳感和通信等其他技術(shù)的前景。

　　“這些類型的探測(cè)器被稱為同差探測(cè)器，它們?cè)诹孔庸鈱W(xué)的應(yīng)用中無處不在，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任喬納森·馬修斯教授解釋說。“它們?cè)谑覝叵鹿ぷ鳎憧梢詫⑺鼈冇糜诹孔油ㄐ牛诜浅Ｃ舾械膫鞲衅髦校热缱钕冗M(jìn)的引力波探測(cè)器，而且有量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)可以使用這些探測(cè)器。”

　　2021年，布里斯托團(tuán)隊(duì)展示了如何將光子芯片與單獨(dú)的電子芯片連接起來，從而提高量子光探測(cè)器的速度——現(xiàn)在，通過單個(gè)電子-光子集成芯片，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將速度提高了10倍，同時(shí)將占地面積減少了50倍。

　　雖然這些探測(cè)器又快又小，但它們也很敏感。

　　“測(cè)量量子光的關(guān)鍵是對(duì)量子噪聲的敏感性”作者Giacomo Ferranti博士解釋說。“在所有光學(xué)系統(tǒng)中，量子力學(xué)是一種微小的、基本的噪音。這種噪聲的行為揭示了系統(tǒng)中哪種量子光的信息，它可以決定光學(xué)傳感器的靈敏度，它可以用來用數(shù)學(xué)方法重建量子態(tài)。在我們的研究中，重要的是要表明，使探測(cè)器更小、更快并不會(huì)阻礙其測(cè)量量子態(tài)的靈敏度。”

　　三、未來繼續(xù)深入

　　作者指出，在將其他顛覆性量子技術(shù)硬件集成到芯片規(guī)模方面，還有更多令人興奮的研究要做。對(duì)于新的探測(cè)器，效率需要提高，并且在許多不同的應(yīng)用中對(duì)探測(cè)器進(jìn)行試驗(yàn)還有很多工作要做。

　　馬修斯教授補(bǔ)充說:“為了使其更容易應(yīng)用，我們?cè)谝粋€(gè)商業(yè)上可訪問的鑄造廠建造了探測(cè)器。雖然我們對(duì)一系列量子技術(shù)的影響感到非常興奮，但作為一個(gè)社區(qū)，我們必須繼續(xù)應(yīng)對(duì)量子技術(shù)可擴(kuò)展制造的挑戰(zhàn)。如果沒有展示真正可擴(kuò)展的量子硬件制造，量子技術(shù)的影響和好處將被推遲和限制。”

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