Forskare vid Raytheon BBN Technologies har utvecklat ett nytt sätt att detektera en enda foton, eller ljuspartikel – en utveckling med stora applikationer för sensorer, kommunikation och exponentiellt kraftfullare kvantdatorprocessorer.

Teamet har publicerat sitt arbete, som fokuserar på användningen av en komponent som kallas en Josephson-korsning, i den akademiska tidskriften Vetenskap . Upptäckten bygger på samma teams tidigare forskning om en mikrovågsstrålningsdetektor 100, 000 gånger känsligare än befintliga system.

"En Josephson-korsning inom kvantberäkning är analog med en transistor för modern elektronik, så de är superviktiga, sade Kin Chung Fong, en kvantinformationsbearbetningsforskare vid Raytheon BBN Technologies och en forskarassistent vid Harvard University. "Vår nya enhet gör det möjligt för denna grundläggande enhet inom kvantberäkning att kommunicera genom så lite som en foton. Det kommer att förbättra hastigheten i kommunikationen och kan göra kvantnätverk och avkänning möjligt."

Forskare och labb runt om i världen har börjat bygga större kvantdatorer, försöker låsa upp löftet om snabbare bearbetning.

"I teorin kan kvantdatorer ta över där traditionella datorer skulle få slut på processorkraft, sa Brad Tousley, VD för Raytheon BBN Technologies. "Kvantdatorer är särskilt bra på att lösa kritiska optimeringsproblem. Ett exempel skulle vara en datorstödd konstruktion av ett stort system som ett flygplan. Kvantberäkning möjliggör mer ändlig analys av något som liknar en vingform än någonsin tidigare. Grundläggande vardagsbearbetning optimering är det första problemet vi skulle vilja ta itu med med kvantberäkning."

Den tekniska begränsningen har varit bakgrundsbruset som gör att qubits tappar minne, skapa fel i behandlingen. Medan andra forskare ser bullret som ett problem, Fong och hans team ser möjligheter.

Deras metod fungerar lite som en motorväg, där supraledande laddningar spelar rollen som bilar. I princip, de kan röra sig mycket snabbt utan att stöta på varandra. Bakgrundsljud är som en trasig bil i mittfilen – det bryter trafikflödet.

"Avbrottet kan förstöra data i kvantberäkningsapplikationer, " sa Fong. "Men, vi kan använda samma fenomen för att detektera en enda foton, så att trafiken kan fortsätta att rusa fram."

Upptäckten är en del av en forskningssatsning vid Raytheon BBN Technologies, ett dotterbolag till Raytheon Intelligence &Space. Raytheon BBN har tillhandahållit avancerad teknologisk forskning och utveckling i mer än 70 år, fungerar ofta som en avgörande länk mellan militären och forskare vid universiteten. Som ett exempel, det var en av de första noderna i ARPANET, föregångaren till internet finansierat av Defense Advanced Research Projects Agency, eller DARPA. Forskare vid Raytheon BBN arbetar i breda portföljer, medan kvantteknik och datoranvändning fortsätter att visa lovande för nästa generations kapacitet.

"Denna upptäckt kommer att öppna upp kvantprocessorer som kan anslutas som aldrig förr, "Nästa steg är att karakterisera prestanda och skala upp till mer än en enhet parallellt eller länka flera enheter."

Raytheon BBN-teamet tror att de har den systemtekniska expertis som krävs för att ta denna grundforskning till mer praktiska tillämpningar.

"Vi har fyllt ett tekniskt tomrum med den första Josephson-korsningen för att detektera en enda foton, " sa Fong. "Det är en möjliggörande teknik för nätverk, kommunikation och beräkning. Vi skrapar egentligen bara på ytan."