Des chercheurs de l’Université de Bristol ont réalisé une avancée importante dans la mise à l’échelle de la technologie quantique en intégrant le plus petit détecteur de lumière quantique au monde sur une puce de silicium. Le papier, « Un détecteur de lumière quantique à circuit intégré photonique électronique Bi-CMOS, » a été publié dans Avancées scientifiques.
Un moment critique dans l’ouverture de l’ère de l’information a été celui où les scientifiques et les ingénieurs ont pu pour la première fois miniaturiser des transistors sur des micropuces bon marché dans les années 1960.
Aujourd’hui, pour la première fois, des universitaires de l’Université de Bristol ont démontré l’intégration d’un détecteur de lumière quantique – plus petit qu’un cheveu humain – sur une puce de silicium, nous rapprochant ainsi de l’ère des technologies quantiques utilisant la lumière.
La fabrication de produits électroniques et photoniques hautes performances à grande échelle est fondamentale pour réaliser la prochaine génération de technologies de l’information avancées. Comprendre comment créer des technologies quantiques dans des installations commerciales existantes est un effort international continu auquel s’attaquent la recherche universitaire et les entreprises du monde entier.
Il pourrait s’avérer crucial pour l’informatique quantique de pouvoir fabriquer du matériel quantique hautes performances à grande échelle en raison de la grande quantité de composants prévus pour construire ne serait-ce qu’une seule machine.
Dans la poursuite de cet objectif, des chercheurs de l’Université de Bristol ont démontré un type de détecteur de lumière quantique implémenté sur une puce avec un circuit occupant 80 micromètres sur 220 micromètres.
Essentiellement, la petite taille signifie que le détecteur de lumière quantique peut être rapide, ce qui est essentiel pour déverrouiller les communications quantiques à grande vitesse et permettre le fonctionnement à grande vitesse des ordinateurs quantiques optiques.
L’utilisation de techniques de fabrication établies et accessibles commercialement favorise les perspectives d’intégration précoce dans d’autres technologies telles que la détection et les communications.
« Ces types de détecteurs sont appelés détecteurs homodynes, et ils apparaissent partout dans les applications de l’optique quantique », explique le professeur Jonathan Matthews, qui a dirigé la recherche et directeur des laboratoires de technologie d’ingénierie quantique.
« Ils fonctionnent à température ambiante et vous pouvez les utiliser pour les communications quantiques, dans des capteurs incroyablement sensibles, comme les détecteurs d’ondes gravitationnelles de pointe, et il existe des modèles d’ordinateurs quantiques qui utiliseraient ces détecteurs. »
En 2021, l’équipe de Bristol a montré comment relier une puce photonique à une puce électronique distincte peut augmenter la vitesse des détecteurs de lumière quantique. Désormais, avec une seule puce électronique-photonique intégrée, l’équipe a encore augmenté la vitesse d’un facteur 10 tout en réduisant l’encombrement. par un facteur 50.
Bien que ces détecteurs soient rapides et petits, ils sont également sensibles.
« La clé pour mesurer la lumière quantique est la sensibilité au bruit quantique », explique l’auteur, le Dr Giacomo Ferranti.
« La mécanique quantique est responsable d’un niveau de bruit infime et fondamental dans tous les systèmes optiques. Le comportement de ce bruit révèle des informations sur le type de lumière quantique qui se déplace dans le système, il peut déterminer la sensibilité d’un capteur optique et il peut être utilisé pour reconstruire mathématiquement les états quantiques. Dans notre étude, il était important de montrer que rendre le détecteur plus petit et plus rapide ne bloquait pas sa sensibilité pour mesurer les états quantiques.
Les auteurs notent qu’il reste des recherches plus intéressantes à mener pour intégrer d’autres matériels technologiques quantiques perturbateurs jusqu’à l’échelle des puces. Avec le nouveau détecteur, l’efficacité doit être améliorée et il reste du travail à faire pour tester le détecteur dans de nombreuses applications différentes.
Le professeur Matthews a ajouté : « Nous avons construit le détecteur avec une fonderie commercialement accessible afin de rendre ses applications plus accessibles. Bien que nous soyons incroyablement enthousiasmés par les implications d’une gamme de technologies quantiques, il est essentiel que nous, en tant que communauté, continuions à nous attaquer au problème. défi de la fabrication évolutive de la technologie quantique.
« Sans la démonstration d’une fabrication véritablement évolutive de matériel quantique, l’impact et les avantages de la technologie quantique seront retardés et limités. »
Plus d’information:
Joel Tasker et al, Un détecteur de lumière quantique à circuit intégré électronique-photonique Bi-CMOS, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adk6890. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk6890