Bristol-forskare har utvecklat en liten enhet som banar väg för högre prestanda kvantdatorer och kvantkommunikation, vilket gör dem betydligt snabbare än den nuvarande toppmoderna.

Forskare från University of Bristols Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) och Université Côte d'Azur har gjort en ny miniatyriserad ljusdetektor för att mäta ljusets kvantfunktioner mer i detalj än någonsin tidigare. Enheten, gjord av två silikonchips som arbetar tillsammans, användes för att mäta de unika egenskaperna hos "pressat" kvantljus vid rekordhöga hastigheter.

Att utnyttja kvantfysikens unika egenskaper lovar nya vägar för att överträffa dagens toppmoderna datorer, kommunikation och mätning. Kiselfotonik-där ljus används som bärare av information i kiselmikrochips-är en spännande väg mot denna nästa generations teknik.

"Klämt ljus är en kvanteffekt som är mycket användbar. Den kan användas i kvantkommunikation och kvantdatorer och har redan använts av gravitationsvågsobservatorierna LIGO och Jungfrun för att förbättra deras känslighet, hjälpa till att upptäcka exotiska astronomiska händelser såsom sammanslagningar av svarta hål. Så, förbättra sättet vi kan mäta det kan ha stor inverkan, sa Joel Tasker, medförfattare.

För att mäta pressat ljus krävs detektorer som är konstruerade för extremt lågt elektroniskt brus, för att upptäcka ljusets svaga kvantegenskaper. Men sådana detektorer har hittills varit begränsade i hastigheten på signaler som kan mätas - cirka tusen miljoner cykler per sekund.

"Detta har en direkt inverkan på bearbetningshastigheten för framväxande informationsteknologier som optiska datorer och kommunikation med mycket låga ljusnivåer. Ju högre bandbredd din detektor har, desto snabbare kan du utföra beräkningar och överföra information, " sa co-lead författaren Jonathan Frazer.

Den integrerade detektorn har hittills klockats i en storleksordning snabbare än tidigare teknik, och teamet arbetar med att förfina tekniken för att gå ännu snabbare.

Detektorns fotavtryck är mindre än en kvadratmillimeter – denna lilla storlek möjliggör detektorns höghastighetsprestanda. Detektorn är byggd av kiselmikroelektronik och ett kiselfotonikchip.

Runt världen, forskare har undersökt hur man kan integrera kvantfotonik på ett chip för att demonstrera skalbar tillverkning.

"Mycket av fokus har varit på kvantdelen, men nu har vi börjat integrera gränssnittet mellan kvantfotonik och elektrisk avläsning. Detta behövs för att hela kvantarkitekturen ska fungera effektivt. För homodyndetektering, chipskalans tillvägagångssätt resulterar i en enhet med ett litet fotavtryck för masstillverkning, och viktigast av allt ger det en boost i prestanda, sa professor Jonathan Matthews, som ledde projektet.

"Kiselfotonik kopplad till integrerad elektronik för 9 GHz-mätning av klämt ljus" av Joel Tasker, Jonathan Frazer, Giacomo Ferranti, Euan Allen, Léandre Brunel, Sébastien Tanzilli, Virginia D'Auria och Jonathan Matthews publiceras idag i Nature Photonics .