Исследователи из EPFL представили компактный детектор, способный регистрировать отдельные микроволновые фотоны с эффективностью до 70% и работать в непрерывном режиме без сложных процедур перезапуска. Разработка, опубликованная в Science Advances, может существенно ускорить развитие квантовых вычислений и сенсорных технологий.
Ключевая проблема, которую решает устройство, связана с природой микроволновые фотоны. В отличие от фотонов видимого света, они несут на порядки меньше энергии — примерно в 100 000 раз слабее. Это делает невозможным их прямую регистрацию стандартными фотодетекторами, которые работают за счёт выбивания электронов из материала.
В новой архитектуре используется комбинация двух квантовых компонентов. Первый — это двойная квантовая точка, полупроводниковая структура, способная чувствительно реагировать на минимальные энергетические изменения. Второй — сверхпроводящая микроволновая полость, которая захватывает и удерживает фотоны, усиливая их взаимодействие с детектором.
Такое сочетание позволяет преобразовывать приход отдельных фотонов в измеримый электрический ток — критически важное свойство для практического применения. В отличие от предыдущих решений, система функционирует непрерывно и не требует циклов «сброса», что значительно повышает её пригодность для реальных квантовых устройств.
Работа выполнена под руководством Паскуале Скарлино, который отмечает, что технология задаёт новый ориентир для полупроводниковых микроволновых фотодетекторов. По его словам, разработка открывает перспективы для направлений, таких как квантовая микроволновая оптика, высокоточные сенсоры и масштабируемые платформы обработки квантовой информации.
Практическое значение технологии особенно велико для сверхпроводящих квантовых компьютеров, где информация кодируется в микроволновых фотонах. Надёжное обнаружение таких квантовых состояний остаётся одним из ключевых ограничений на пути к увеличению числа кубитов и снижению ошибок.
Таким образом, предложенный детектор закрывает один из фундаментальных технологических разрывов: он соединяет квантовую физику микроволнового диапазона с возможностью стабильного электрического считывания сигналов, что является необходимым условием для построения полноценных квантовых вычислительных и коммуникационных систем следующего поколения.
Источник: https://actu.epfl.ch/news/a-tiny-detector-for-microwave-photons-could-advanc/
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/