【科技动态】科研人员搭建完成量子芯片探测器
日前，一个研究团队已搭建一组光探测器阵列，其灵敏度很高,足以检测到单个光粒子或光子，并将它们固定到一个硅光学芯片上。这些阵列对于使用光子来执行量子计算的器件是非常关键的。
单光子探测器是相当不稳定的，在100个使用标准制作工艺沉积得到的芯片中，只有一小部分能正常工作。在一篇于2015年1月9日发表在Nature Communication杂志上的文章中，美国麻省理工学院（MIT）和其他研究院所的研究人员分别描述了这一新型探测器的制作和测试过程，并将此方法应用于光学芯片的标准制作过程中。
除了得到更密集更大的阵列，此方法同样大大增加了探测器的灵敏度。在实验中，研究人员发现他们的探测器对单光子的探测要比之前的阵列灵敏100倍。
MIT电子工程和计算科学的研究生、本文的第一作者Faraz Najafi说：“你可以通过不同的制作方法得到不同的部分——探测器和光子芯片，然后将它们组装到一起。”
小型化
按照量子力学理论，微小的物理粒子可以同时处于互斥态，这显然是与直觉相违背的。从这些粒子中得到的计算元素，也称为量子比特，可以同时代表0和1。如果多个量子比特相互纠缠，则意味着它们之间的量子态也是相互依赖。这样的话，一个量子计算从某种意义上说就类似于执行一个并行计算。
而对于大多数粒子，纠缠态是很难维持的，但是对于光子，则很容易。因此，光学体系在量子计算中前景广阔。而对于任何量子计算机，不管其量子比特是激光捕获的离子或镶嵌在金刚石中的氮原子，使用纠缠态的光子都将大大推动它的发展。
MIT电子工程和计算科学的助理教授、本文的通讯作者Dirk Englund说：“因为最终我们想得到的是一种含有数十个或数百个光子量子比特的光学处理器，而使用传统光学元件时它将变得笨拙。这不仅仅是笨拙，更可能无法执行，因为我们试图去在一个大型的光学平台上去搭建此系统，而平台的随机振动也许就将对这些光学态造成干扰。因此，我们需要将这些光学电路小型化，得到光子集成电路。”
重新布置
研究人员的工作始于一个由传统工艺制作得到的硅光学芯片。在独立的硅芯片上，他们培育出了一层薄的、柔性的氮化硅薄膜，在薄膜上他们沉积了超导体——氮化铌，沉积的模式有利于光子检测。在得到的探测器两端，研究人员沉积了金电极。
随后，在氮化硅薄膜的一端，他们附着上一小滴聚二甲硅氧烷（一种硅胶）。然后研究人员将钨探针挤压到硅胶上，钨探针常用于实验芯片的电压检测。
Englund说：“这看上去像个橡皮泥。当放下时，它将扩散并有大量的表面接触，当你快速拾起时，它将维持很大的表面积。随后，它们逐渐放松并回到一点。这就像你用手指去捡起一个硬币一样，当你使劲按压可以快速地捡起，而随后，它就将落地。”
使用钨探针，研究人员能将薄膜从基质上剥离并粘附到光学芯片上。
在以前得到的阵列中，探测器仅能检测到0.2%的单光子。即使是单独沉积得到的芯片探测器，最高的探测率也仅有2%。但是本研究中，研究人员得到的芯片探测率能高达20%。要想获得探测率高达90%或能使用的量子芯片，我们还有很长的路要走。
英文来源: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-01/miot-tqc010915.php