Квантовые системы
Физики из Шанхая собрали однофотонный детектор на 100 каналов: прежний предел был 32
Публикация:
Команда института SIMIT опубликовала в Laser & Photonics Reviews сверхпроводящий детектор со 100 с лишним независимых каналов. Секрет - ультратонкие гибкие шлейфы, которые пропускают лишь одну двадцать первую тепла обычных кабелей.
Однофотонные детекторы - обязательный компонент фотонных квантовых технологий: квантовых вычислений, связи и метрологии. Самые чувствительные из них - сверхпроводящие нанопроволочные детекторы: эффективность детектирования у них приближается к 100%. Но масштабировать их не получалось: каждый канал соединяется с внешним миром толстым коаксиальным кабелем, металл которого проводит тепло из тёплой зоны в криогенную камеру. Сотня таких кабелей перегревает установку, поэтому стандартные системы держали максимум около 32 каналов. Решение показала команда Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT) при Академии наук Китая: статья вышла в рецензируемом журнале Laser & Photonics Reviews в конце сентября, о работе написал South China Morning Post.
Команда полностью переработала кабельную часть. Вместо толстых коаксиальных кабелей - ультратонкие гибкие «многоядерные микрополосковые линии» высокой плотности с высокой теплоизоляцией: в систему просачивается лишь одна двадцать первая тепла традиционных кабелей. Плюс серия архитектурных решений для стабильности и миниатюризации. При обычной мощности охлаждения платформа уверенно держит больше 100 независимых каналов детектирования.
Проверяли строго. Непрерывный семидневный тест: температура криоплатформы стабильно ниже 2.1 К - это вплотную к абсолютному нулю (0 К, или минус 273.15 °C). Эффективность детектирования всех каналов превысила 80%, ложные срабатывания крайне низкие. Для проверки в боевом режиме собрали полностью связанную квантовую сеть распределения запутанности на пять пользователей: 10 двусторонних квантовых связей, верность передачи выше 90% на всех десяти.
Масштабирование параллельного однофотонного детектирования - узкое место на пути от лабораторных демонстраций к практическим квантовым сетям и модульным квантовым компьютерам. Авторы называют работу прочной и масштабируемой инфраструктурой для крупных квантовых фотонных систем. До практики ещё далеко, но один из самых упрямых инженерных барьеров снят измеренным результатом, а не обещанием.