- เครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยวที่พัฒนาขึ้นในจีนมี 100 ช่อง ซึ่งช่วยส่งเสริมเทคโนโลยีเครือข่ายควอนตัม
- ความถูกต้องของการสื่อสารของเครื่องตรวจจับนี้เกิน 90% แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพ
- นักวิจัยใช้วัสดุใหม่ในการแก้ปัญหาภาระความร้อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ
- ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าอัตราการตรวจจับมีถึง 80% และอัตราความผิดพลาดต่ำมาก
สถาบันวิจัยไมโครระบบและเทคโนโลยีสารสนเทศแห่งประเทศจีน (SIMIT) ได้พัฒนาเครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยวที่มี 100 ช่อง ซึ่งจะช่วย pave the way สำหรับการพัฒนาเครือข่ายควอนตัมความถี่กว้างในจีน การทดสอบเครือข่ายต้นแบบที่ใช้เครื่องตรวจจับนี้แสดงให้เห็นว่าความถูกต้องของการสื่อสารเกิน 90% เมื่อพิจารณาถึงความก้าวหน้าของการคำนวณควอนตัมและเทคโนโลยีการตรวจจับ ความต้องการเครือข่ายข้อมูลควอนตัมในอนาคตจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าขณะนี้กำลังทดสอบโซลูชันเครือข่ายที่แตกต่างกัน แต่โซลูชันที่คล้ายกับเครือข่ายไฟเบอร์ออปติกที่มีอยู่จะมีศักยภาพมากกว่าเนื่องจากความสะดวกในการเปลี่ยนแปลง เครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยว (SPD) เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครือข่ายประเภทนี้ เนื่องจากสามารถวัดฟอตอนหรืออนุภาคแสงเดี่ยว ซึ่งจะใช้ในการเก็บข้อมูลควอนตัม
SPDs สามารถช่วยในการติดตั้งการเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติกหรือในอวกาศเพื่อการส่งข้อมูลควอนตัม รวมทั้งช่วยในการพันกันควอนตัมหรือการถ่ายโอนทันที โดยการส่งผ่านสถานะควอนตัมไปยังฟอตอน
ความท้าทายและความต้องการของ SPDs
ความท้าทายในการใช้ SPDs คือการพัฒนาที่มีความจุสูงขึ้นเพื่อให้เทคโนโลยีควอนตัมสามารถเติบโตและขยายตัวได้ ปัจจุบัน SPDs ที่ใช้ในการวิจัยควอนตัมมีอยู่สองประเภทหลัก เครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยวแบบนาโนสายซุปเปอร์คอนดักเตอร์ (SNSPDs) เป็นอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ระดับสูงที่มีความแม่นยำในการตรวจจับสูงมาก แต่ต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากในการทำงาน ในขณะที่เครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยวแบบอเวนจ์ (SPADs) สามารถทำงานที่อุณหภูมิห้องได้ แต่มีความแม่นยำน้อยกว่า ดังนั้น SNSPDs จึงเป็นที่นิยมมากกว่า อย่างไรก็ตาม ความต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากของ SNSPDs ก็สร้างความท้าทายอื่นๆ ด้วยเช่นกัน
ในระหว่างกระบวนการอ่าน SNSPDs ต้องเชื่อมต่อกับเครื่องมือที่รักษาอุณหภูมิที่ห้อง ซึ่งมักจะทำได้โดยการใช้สายเคเบิลโคแอกเชียลที่หนาและทำจากโลหะนำความร้อน ซึ่งจะทำให้ความร้อนจากอุณหภูมิห้องเข้าสู่ห้องเย็นของ SNSPD ซึ่งเรียกว่าภาระความร้อน เมื่อจำนวนช่องตรวจจับภายใน SNSPD เพิ่มขึ้น จำนวนสายเคเบิลที่ต้องการก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ส่งผลให้ภาระความร้อนเพิ่มขึ้น
การใช้วัสดุใหม่และผลกระทบ
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยจาก SIMIT ได้ทำการออกแบบใหม่อย่างครอบคลุมสำหรับ SNSPD และใช้วัสดุพิเศษที่เรียกว่าไมโครสายยืดหยุ่นหลายแกนความหนาแน่นสูงแทนสายโคแอกเชียล สายไมโครเหล่านี้ไม่เพียงแต่บางมาก แต่ยังมีคุณสมบัติการเป็นฉนวนความร้อนที่ดี ทำให้ความร้อนที่ส่งกลับไปยังห้องเย็นมีจำกัดมาก ตามข้อมูลจากทีมงาน SIMIT ความร้อนที่เข้าสู่ระบบมีเพียงหนึ่งในยี่สิบเอ็ดของสายเคเบิลแบบดั้งเดิม ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถเพิ่มช่องแยกเพิ่มเติมได้โดยไม่เพิ่มขนาดของ SNSPD อย่างมีนัยสำคัญ
เพื่อทดสอบการออกแบบ นักวิจัยได้ทำการดำเนินการต่อเนื่องเป็นเวลาเจ็ดวัน ผลการทดสอบพบว่าห้องเย็นมีอุณหภูมิอยู่ที่ต่ำกว่า 2.1K ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ 0K (-273.15 องศาเซลเซียส) ในระหว่างการทดสอบ อัตราการตรวจจับของช่องมีถึง 80% และอัตราความผิดพลาดที่รายงานต่ำมาก นักวิจัยได้ชี้ให้เห็นในเอกสารวิจัย
การทดสอบเครือข่ายการกระจายควอนตัมพันกัน
เพื่อทำการเปรียบเทียบที่ใกล้เคียงกับสถานการณ์จริง ทีมวิจัยได้สร้างเครือข่ายการกระจายควอนตัมพันกันสำหรับผู้ใช้ห้าคน และตั้งค่าการเชื่อมต่อควอนตัมสองทาง 10 ช่อง ผู้ใช้แต่ละคนได้รับฟอตอนผ่านช่อง SPD ที่พัฒนาขึ้นใหม่ และพบว่าความถูกต้องของการสื่อสาร ซึ่งหมายถึงการเก็บข้อมูลควอนตัม เกิน 90% ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร《Laser & Photonics Reviews》.
รายการ สเปค จำนวนช่อง 100 อัตราการตรวจจับ 80% อุณหภูมิในการทำงาน 2.1K
เครื่องตรวจจับใหม่มีผลกระทบต่อการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมอย่างไร
เครื่องตรวจจับฟอตอนเดี่ยวมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีควอนตัม โดยเฉพาะในการส่งข้อมูลควอนตัมและการพันกันควอนตัม เมื่อความต้องการเครือข่ายควอนตัมเพิ่มขึ้น การพัฒนาเครื่องตรวจจับที่มีประสิทธิภาพสูงจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญ การวิจัยของ SIMIT แสดงให้เห็นว่าผ่านการออกแบบและการใช้วัสดุที่สร้างสรรค์ สามารถแก้ไขปัญหาภาระความร้อนที่เครื่องตรวจจับแบบดั้งเดิมเผชิญได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการส่งข้อมูลควอนตัม นี่ไม่เพียงแต่ช่วยส่งเสริมการพัฒนาอินเทอร์เน็ตควอนตัม แต่ยังอาจช่วยสนับสนุนการใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องในเชิงพาณิชย์ ซึ่งมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการพัฒนาทางเทคโนโลยีในอนาคต