号称“零差”！硅芯片上可集成最小量子光探测器！

硅芯片上的最小量子光探测器是由英国布里斯托大学的研究人员所开发的，这是一种在硅芯片上集成的量子光探测器，其尺寸之小甚至超过了人类的头发丝。这项研究成果已于2024年5月19日在《科学进展》杂志上发表。

这种量子光探测器被称为零差探测器，能够在室温下工作，适用于量子通信、极其灵敏的传感器（如最先进的引力波探测器），以及某些量子计算机中。它的集成标志着在量子设备的小型化和大规模生产方面向前迈出了重要的一步。

这项技术的关键在于，它使用了成熟的、商业上可获得的制造技术，这有助于早日将其应用到传感和通信等其他技术中。研究人员表示，这种探测器的速度可以很快，这对于高速量子通信和实现光量子计算机的高速运行至关重要。

此外，这种探测器不仅体积小、速度快，而且灵敏度高，能够非常精确地测量量子。研究人员计划进一步提高新探测器的效率，并在许多不同的应用中进行测试。

这项研究为量子技术的发展带来了新的可能性，尤其是在量子计算和量子通信等领域，有望推动量子技术进入一个新的发展阶段。

图片来源：布里斯托大学官网

硅基量子光探测器与传统光电探测器相比，具有一些明显的优势。

首先，硅基量子光探测器的工作原理是基于硅材料的光电效应，这种效应在硅材料中具有很高的灵敏度，这意味着硅基量子光探测器能够在很小的光照强度下就能产生较大的电流变化，从而提高了探测器的灵敏度。

其次，硅基量子光探测器采用了先进的微电子工艺，使得其在生产成本上具有很大的优势。此外，硅基量子光探测器还可以与其他微电子器件进行单片集成，这有助于提高产品的可靠性和一致性。

再者，硅基量子光探测器在性能上也具有一定的优势。例如，硅基量子光探测器可以实现更高的响应速度和更高的量子效率，这对于某些高要求的探测应用来说是非常重要的。

最后，硅基量子光探测器在应用领域上也具有一定的优势。由于硅基量子光探测器具有高灵敏度、低成本、高响应速度和高量子效率等特点，因此在航空航天、安检、医疗、智能控制等领域有着广泛的应用前景。

硅基量子光探测器在灵敏度、成本、性能和应用领域等方面都表现出了一定的优势，这使得它在未来的光电探测市场中具有巨大的潜力。

硅基量子光探测器在研究和应用中面临多项挑战。首先，为了处理大量单光子，需要快速、低损耗的光开关网络，而这方面的技术需求尚未得到充分满足。其次，实现量子光源、回路和探测器的完全集成在硅基光子芯片上是一个巨大的挑战，特别是需要解决泵浦光的去除和对光子的低温操纵问题。此外，硅基光子芯片的设计和制造工艺也存在诸多问题，如缺少紧凑模型、缺少标准链路模型、缺少必要的验证手段等，这些问题导致设计过程效率低下。

针对上述挑战，硅基量子光探测器未来的改进方向主要包括以下几个方面：

提高光开关网络的性能：研究和开发更高效、更低损耗的光开关技术，以支持大规模量子信息处理。

完善集成技术：探索将量子光源、回路和探测器集成在硅基光子芯片上的新技术，如可低温操作的硅基开关技术。

优化设计流程：改进硅基光子芯片的设计流程，包括器件仿真、系统仿真、版图设计和制备测试等环节，以提高设计效率和可参考性。

提升材料和制造工艺：研究和开发新型材料和制造工艺，以提高硅基量子光探测器的性能和可靠性。

加强产业链建设：建立完善的硅基光电子产业链，包括前端集成、后端集成和混合集成等多种集成方案，以实现高性能产品的批量生产。

硅基量子光探测器在未来将继续在性能提升、集成技术、设计流程优化等方面进行改进，以满足日益增长的量子信息处理需求。

参考资料：

1.硅芯片上可集成最小量子光探测器-中国科技网

2.微型量子光探测器：打开高速量子通信的新大门-字节点击

3.量子技术新突破将微型量子光探测器集成在硅芯片上-网易

4.研究人员在硅芯片上集成了世界上最小的量子光探测器-光行天下

5.硅芯片上可集成最小量子光探测器-网易

6基于光波导集成的硅基单光子探测器的研制-百度百科

7.硅芯片上可集成最小量子光探测器 开辟量子技术新纪元-中华网