Pixel Photonics liefert neuartige Photonendetektoren für QuiX Quantum

21. Oktober 2024

Leistungsfähige photonische Quantencomputer benötigen viele, sehr hochwertige Einzelphotonendetekoren. Derzeit kommerziell verfügbare Detektoren eignen sich dazu nur bedingt: Sie müssen individuell über Glasfaserkabel angesteuert und ausgelesen werden und sind nicht in die photonischen Schalkreise des Quantencomputers integriert. Beides stellt Skalierungshürden dar, da mit steigender Qubit-Zahl die Verkabelung überhandnimmt und mangels Integration die notwendigen Fehlerniveaus nicht erreicht werden können.

Pixel Photonics, ein Spin-off der WWU Münster, hat für unser Photonenprojekt UPQC von QuiX Quantum zwei prototypische Photonendetektoren geliefert, die diese Skalierungshürde beseitigen könnten: Ihre Einzelphotonendektoren werden direkt in die photonischen Schaltkreise des Quantencomputers integriert und können im Verbund besonders effizient angesteuert werden.

Pixel Photonics lieferte zwei prototypische Systeme an QuiX Quantum:

  • einen einzelnen Detektor auf Basis von supraleitenden Nanodrähten (SNSPD), der direkt in den optischen Chip – die Triplex-Plattform des Chipherstellers Lionix – integriert wurde. Damit muss das photonische Qubit nach der Berechnung nicht mehr per Glasfaser zum Detektor geleitet werden, sondern kann deutlich verlustärmer direkt auf dem Chip gemessen werden. Diese neue Fertigungsmethode setzt eine enge Zusammenarbeit von Detektor- und Chiphersteller voraus. Eine Herausforderung ist zum Beispiel, dass das optische Packaging von Phase zu Chip in kryogenen Umgebungen funktionieren muss. Außerdem erfordert die Integration von Detektoren in die Schaltkreise eine sehr hohe Präzision und Qualität, um die Nanodrähte der Detektoren möglichst nah an die Wellenleiter im Chip zu bringen.
  • einen fasergekoppelten Demonstrationsaufbau eines 16-Photonen-Detektorarrays auf Basis des sogenannten Row-Column-Multiplexings. Dieser Ansatz ermöglicht die Steuerung der 16 Detektoren mit nur 8 Kabeln. Das ist ein wichtiger Fortschritt, da diese Detektoren in einem Kryostaten gekühlt werden müssen und jedes Kabel eine störende Wärmequelle darstellt. Mit dem Row-Column-Multiplexing wird die Skalierung von photonischen Systemen möglich. Allgemein: N² Detektoren können auf diese Weise mit nur 2N Kabeln versorgt werden.
    Ein industrierelevanter photonischer Quantencomputer mit 64 Qubits und 1024 Detektoren bräuchte nur 64 Anschlüsse.

Noch sind die gelieferten Systeme Prototypen. Produktreif werden sie das komplette Photonen-Ökosystem dem Ziel massiv skalierbarer photonischer Systeme einen großen Schritt näherbringen.