Nieuwe dual-chip detector realiseert ultra-snelle meting van kwantumlicht

Onderzoekers van de University of Bristol's Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) en Université Côte d'Azur hebben een nieuwe geminiaturiseerde lichtdetector gemaakt om kwantumeigenschappen van licht in meer detail dan ooit te voren te meten. Het apparaat, gemaakt van twee siliciumchips die samenwerken, werd gebruikt om de unieke eigenschappen van "gesqueezed" kwantumlicht te meten op recordhoge snelheden.

Het benutten van unieke eigenschappen van kwantumfysica beloft nieuwe routes om de huidige state-of-the-art in computing, communicatie en meting te overtreffen. Silicium-fotonica — waar licht gebruikt wordt als drager van informatie in silicium-microchips — is een opwindende weg naar deze next-generation technologieën.

"Gesqueezed licht is een kwantumeffect dat heel nuttig is. Het kan gebruikt worden in kwantumcommunicatie en kwantumcomputers en is al gebruikt door de LIGO en Virgo gravitatiegolf-observatoria om hun gevoeligheid te verbeteren, helpen bij het detecteren van exotische astronomische gebeurtenissen zoals zwarte-gaten-samenvoegingen. Dus, het verbeteren van de manieren waarop we het kunnen meten, kan een grote impact hebben," zei onderzoeker Joel Tasker.

Het meten van gesqueezed licht vereist detectors die geïnjineerd zijn voor ultra-lage elektronische ruis, om de zwakke kwantumkenmerken van licht te detecteren. Maar dergelijke detectors zijn tot nu toe beperkt in de snelheid van signalen die gemeten kunnen worden — ongeveer een miljard cycli per seconde.

"Dit heeft een directe impact op de verwerkingssnelheid van opkomende informatietechnologieën zoals optische computers en communicatie met erg lage lichtniveaus. Hoe hoger de bandbreedte van je detector, des te sneller je berekeningen kunt uitvoeren en informatie kunt transmisseren," zei co-lead auteur Jonathan Frazer.

De geïntegreerde detector is tot nu toe geklokt op een orde van grootte sneller dan de vorige state-of-the-art, en het team werkt aan het verfijnen van de technologie om nog sneller te gaan. De detector's voetafdruk is kleiner dan een vierkante millimeter — deze kleine grootte maakt de hoge-snelheidsprestaties van de detector mogelijk. De detector is opgebouwd uit silicium-microelektronica en een silicium-fotonica-chip.