Предлагаемый однофотонный лавинный диод может обладать той же производительностью, что и современная технология на основе нитрида ниобия, но без необходимости использования криогенных температур.
Большинство типов архитектур фотонных квантовых вычислений (PQC) основаны на сверхпроводящих нанопроволочных однофотонных детекторах (SNSPD) на основе сверхпроводников, таких как нитрид ниобия (NbN), работающих при температуре менее 4 Кельвинов. Однако такие требования к криогенному охлаждению делают тестирование новых систем медленным и дорогим, а требования к питанию значительно ограничивают более широкое использование за пределами специализированных центров обработки данных.
Используя встроенные в кристалл волноводные источники спонтанного четырехволнового смешения и волноводные программируемые интерферометрические сетчатые схемы, На и др. разработали германий-кремниевый (GeSi) однофотонный лавинный диод (SPAD), который, как прогнозируется, сможет конкурировать при комнатной температуре со своим криогенным аналогом.
«Комнатнотемпературный PQC — это пример того, как комнатнотемпературные GeSi SPAD могут конкурировать с криогенными NbN SNSPD», — сказал автор Нил На. «Будет еще много подобных случаев применения в области интегрированной квантовой фотоники для квантовой обработки информации, такой как квантовая связь, квантовое зондирование и квантовая визуализация».
Фотоника рассматривается как перспективное направление для наиболее экономически эффективных и устойчивых квантовых вычислений, поскольку единственным компонентом, требующим криогеники, является SNSPD — детектор, обычно изготавливаемый из сверхпроводящего материала, такого как NbN, из-за его более высокой критической температуры.
Конструкция позволяет обойти необходимость в NbN SNSPD за счет использования пространственно-мультиплексированной M-кратной волноводной решетки из M GeSi SPAD для формирования детекторов, разрешающих число фотонов.
При сравнении с конструкциями NbN SNSPD группа обнаружила, что смоделированные конструкции GeSi SPAD при комнатной температуре могут работать даже лучше, чем современные разработки.
«Эта работа будет стимулировать успешную разработку интегрированного в волновод GeSi SPAD комнатной температуры с возможностью разрешения числа фотонов для PQC», — сказал На. «Это, в свою очередь, приведет к успешной коммерциализации PQC комнатной температуры, предлагая более быстрые улучшенные вычисления, более низкую стоимость и более низкое потребление энергии, чем существующий криогенный PQC».
Источник: «Фотонные квантовые вычисления при комнатной температуре в интегрированной кремниевой фотонике с германий-кремниевыми однофотонными лавинными диодами», Нил На, Чжоу-Юнь Сюй, Эрик Чен и Ричард Сореф, АПЛ Квантовый (2024). Статью можно прочитать по адресу .
