Эффективность однофотонных детекторов возросла в 100 раз

Датчики, способные регистрировать отдельные фотоны, являются важными компонентами устройств для квантовых вычислений. О создании кремниевого оптического чипа, содержащего массив таких сенсоров, сообщила в журнале Nature Communications команда исследователей MIT вместе с коллегами из IBM и NASA JPL.

Однофотонные детекторы известны своей капризностью: при изготовлении стандартными методами доля работоспособных датчиков в таком массиве не превысила бы нескольких процентов. Новая процедура, описанная в статье, предусматривает отдельное изготовление и тестирование детекторов — на оптический чип переносятся лишь те из них, которые прошли контроль и признаны годными.

«Каждая из обеих частей — детекторы и фотонный чип — изготовляется с использованием наилучшим образом подходящего для нее производственного процесса, а затем эти части соединяются», — объясняет первый автор статьи, аспирант MIT Фараз Наджафи (Faraz Najafi).

Сначала, инженеры получали кремниевый оптический чип по традиционной технологии. На другой кремниевой подложке они выращивали тонкую, гибкую пленку нитрида кремния, на которую наносили дорожки из сверхпроводящего нитрида ниобия, соединяющиеся с золотыми электродами. Затем, с торца вводилась капелька полидиметилсилоксана, и, при помощи вольфрамового зонда, пленку нитрида кремния отделяли и переносили на оптический чип.

Помимо увеличения плотности и размеров массива такой подход повышает чувствительность датчиков. Испытания продемонстрировали рост точности регистрации прибытия одиночных фотонов до 100 раз по сравнению с более ранними массивами. В прежних массивах детекторы регистрировали лишь 0,2% поступающих одиночных фотонов. Даже интегрированные на чип индивидуально такие датчики в лучшем случае обеспечивали вероятность срабатывания 2%.

Новый чип способен улавливать до 20% фотонов. Ему все еще далеко до практических квантовых схем (для них необходима чувствительность 90% и выше), тем не менее этот важный шаг в верном направлении.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365