在一项新的研究中，研究人员描述了一种微米级的倒装芯片过程，该过程可以在一系列光子电路上实现超导纳米线单光子探测器的可扩展集成。

 

一组研究人员已经建造了一组光探测器，它们的灵敏度足以记录单个光粒子或光子的到达，并将它们安装在一个硅光学芯片上。这种阵列是利用光子进行量子计算的设备的关键组成部分。

 

单光子探测器是出了名的不稳定:用标准制造技术将100个单光子探测器沉积在一个芯片上，只有少数能正常工作。在《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中，麻省理工学院和其他地方的研究人员描述了一种单独制造和测试探测器的过程，然后将工作的探测器转移到使用标准制造工艺制造的光学芯片上。天富登录

 

除了产生更密集和更大的阵列外，该方法还提高了探测器的灵敏度。在实验中，研究人员发现，他们的探测器准确记录单个光子到达的可能性比早期阵列的探测器高出100倍。

 

麻省理工学院电子工程与计算机科学研究生、这篇新论文的第一作者法拉兹·纳杰菲(Faraz Najafi)解释说:“探测器和光子芯片这两部分都是通过它们最好的制造工艺，也就是专用工艺来制造的，然后把它们组装在一起。”

 

考虑小

 

根据量子力学，与我们的直觉相反，微小的物理粒子能够同时处于相互排斥的状态。由这样一种粒子组成的计算元素——被称为量子位，或量子位——因此可以同时表示0和1。如果多个量子位“纠缠”，意味着它们的量子态相互依赖，那么单个量子计算，在某种意义上，就像并行执行许多计算。天富登录

 

对于大多数粒子来说，缠结很难维持，但对于光子来说，缠结相对容易。因此，光学系统是一种很有前途的量子计算方法。但任何量子计算机——比如其量子位是激光捕获的离子或嵌在钻石中的氮原子——仍将受益于使用纠缠的光子来移动量子信息。

 

“因为最终你将想要这样的光学处理器也许几十或几百个光子量子比特,变得笨拙,使用传统的光学组件,”英格伦德克说,杰米逊的职业发展助理教授在麻省理工学院的电气工程和计算机科学和通讯作者在新的纸上。“它不仅笨拙，而且可能是不可能的，因为如果你试图在一个大的光学桌子上建造它，仅仅是桌子的随机运动就会在这些光学状态上引起噪音。因此，人们一直在努力将这些光学电路小型化到光子集成电路中。”

 

这个项目是Englund的小组和量子纳米结构和纳米制造小组合作完成的。量子纳米结构和纳米制造小组由卡尔·伯格伦(Karl Berggren)领导，他是电子工程和计算机科学的副教授，纳杰菲也是该小组的成员。IBM和NASA喷气推进实验室的同事也加入了麻省理工学院的研究人员的行列。

 

搬迁

 

研究人员的过程从使用传统制造技术制造的硅光学芯片开始。在一个单独的硅片上，他们生长了一层薄而柔软的氮化硅薄膜，在上面以一种用于光子探测的模式沉积了超导体氮化铌。在产生的探测器的两端，他们沉积金电极。

 

然后，在氮化硅薄膜的一端附着一小滴聚二甲基硅氧烷(一种硅酮)。然后，他们将一个钨探针(通常用于测量实验芯片中的电压)压在硅树脂上。

 

“这几乎就像橡皮泥一样，”英格伦说。“当你把它放下时，它会扩散，产生很大的表面接触面积，当你快速地把它拿起来时，它会保持很大的表面积。然后它会向后放松，回到一点。就像你试着用手指拿起一枚硬币。你按一下，很快就捡起来，过不了多久，它就会掉下来。”

 

利用钨探针，研究人员将薄膜从衬底上剥离，并将其附着在光学芯片上。

 

在以前的阵列中，探测器只记录到指向它们的单个光子的0.2%。历史上，即使是单独存放的片上探测器也达到了2%左右的峰值。但研究人员的新芯片上的探测器却高达20%。这距离实际量子电路所需的90%或更高的比例还有很长的路要走，但这是朝着正确方向迈出的一大步。