Het combineren van elektronische, fotonische chips maakt supersnelle detectie van kwantumlicht mogelijk

Onderzoekers van de Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) van de University of Bristol en de Université Côte d'Azur hebben een nieuwe geminiaturiseerde lichtdetector gemaakt om kwantumkenmerken van licht gedetailleerder dan ooit tevoren te meten. Het apparaat, gemaakt van twee samenwerkende siliciumchips, werd gebruikt om de unieke eigenschappen van "geperst" kwantumlicht met recordhoge snelheden te meten.

Het benutten van unieke eigenschappen van de kwantumfysica belooft nieuwe routes om beter te presteren dan de huidige state-of-the-art op het gebied van informatica, communicatie en meting. Siliciumfotonica - waarbij licht wordt gebruikt als de drager van informatie in siliciummicrochips - is een opwindende weg naar deze technologieën van de volgende generatie.

“Squeezed light is een kwantumeffect dat heel nuttig is. Het kan worden gebruikt in kwantumcommunicatie en kwantumcomputers en is al gebruikt door de LIGO- en Virgo-zwaartekrachtgolfobservatoria om hun gevoeligheid te verbeteren en exotische astronomische gebeurtenissen zoals het samensmelten van zwarte gaten te helpen detecteren. Dus het verbeteren van de manieren waarop we het kunnen meten, kan een grote impact hebben”, zegt onderzoeker Joel Tasker.

Het meten van samengedrukt licht vereist detectoren die zijn ontworpen voor ultralage elektronische ruis, om de zwakke kwantumkenmerken van licht te detecteren. Maar dergelijke detectoren zijn tot nu toe beperkt in de snelheid van signalen die kunnen worden gemeten - ongeveer duizend miljoen cycli per seconde.

“Dit heeft een directe impact op de verwerkingssnelheid van opkomende informatietechnologieën zoals optische computers en communicatie met zeer lage lichtniveaus. Hoe hoger de bandbreedte van uw detector, hoe sneller u berekeningen kunt uitvoeren en informatie kunt verzenden”, zegt mede-hoofdauteur Jonathan Frazer.

De geïntegreerde detector is tot nu toe een orde van grootte sneller geklokt dan de vorige stand van de techniek, en het team werkt aan het verfijnen van de technologie om nog sneller te gaan. De voetafdruk van de detector is minder dan een vierkante millimeter - dit kleine formaat maakt de hoge snelheid van de detector mogelijk. De detector is opgebouwd uit silicium micro-elektronica en een silicium fotonica chip.