Kvanttitunnistimet

Kvanttitunnistimet ovat laitteita, jotka havaitsevat kvanttijärjestelmien tilojen ilmentymiä ja muuttavat ne klassiseksi signaaliksi. Niitä käytetään kvanttitietojenkäsittelyssä, kvanttimetriikassa, kvanttiasioiden lähetyksessä sekä perinteisessä tieteellisessä ja teknisessä mittauksessa. Kvanttitunnistimien toiminta perustuu siihen, että alkio kvanttiyhteyksistä siirtyy havaittavaksi ilmiöksi: ne mittaavat fotoneita, kvanttihiukkasia tai kvanttiarkeja ja tuottavat elektronisen tai sähköisen palautteen.

Päätyyppejä ovat fotonitunnistimet sekä muut kvanttijärjestelmien havaitsemiseen tarkoitettuja laitteita. Fotonitunnistimissa yleisimpiä ovat SPAD-anturit (single-photon avalanche diode), SNSPD:t (superconducting nanowire single-photon detectors) ja TES:t (transition-edge sensors). SPADit toimivat Geiger-tilassa ja soveltuvat kepeään ja nopeaan yksittäisten fotonien havaitsemiseen, mutta niillä on rajoitettu detektorisuuruus ja valonlähteestä riippuva vaikutus. SNSPD:t ovat ultralaajakaistaisia, erittäin herkkiä ja niillä on erittäin alhainen vuoto (dark counts) sekä pienet ajoitusvirheet, mutta ne vaativat cryogeenisen jäähdytyksen. TES-tunnistimet voivat erottua fotonien kappalemäärää tai energiaa sekä tarjota fotonimäärän reseptiivisyyden, mutta ne ovat erityisen kylmäkäyttöisiä ja monimutkaisempia.

Muita tekijöitä, kuten fotonien hahmottamisen lämpötiloista riippuvaa herkkyyttä sekä ajoitusbudjetin laajuutta, mitataan usein tehokkuudella, dark count -määrällä, ajoitusjitterillä ja fotonien energian-tunnistuksella. Käytännön sovelluksia ovat kvant-avaimenvaihto (QKD), kvanttienlukujen lukitus ja readout, kvanttisensorointi sekä tähtitieteelliset ja teolliset mittaukset. Kehitys keskittyy entistä suurempaan tehokkuuteen, pienempiin vuotoihin ja integrointiin sekä on-chip-ratkaisuihin.