瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的科學家們最近研製出一款微型探測器，能夠感應微波光子，其強度約為光學光子的 1/10,000。這項研究不僅推進了量子技術的發展，還與其他歐洲機構合作，包括巴塞爾大學、隆德大學和蘇黎世聯邦理工學院。單一光子的檢測非常困難，但隨著科學家深入量子領域，即使是微波光子也能發揮重要作用。日常設備如 Wi-Fi 或雷達會發射微波光子，如果未能檢測到，可能會干擾量子實驗，因此科學家需要可靠的微波光子探測器。
目前，用於檢測光子的技術並不適用於微波光子。光子檢測裝置通常將進入的光轉換為可測量的電信號，但微波光子的強度較弱，頻率在 0.3 至 30 GHz 範圍內，無法引發探測器的電信號反應，因此需要不同的設置來進行檢測。
為了解決這個問題，EPFL 及其他歐洲機構的研究人員合作研製了一款微型探測器，該探測器結合了半導體結構與超導微波腔，形成一個共振電路，能夠捕捉並測量微波光子。該探測器的核心是雙量子點，由兩個微小的半導體島組成，每個島可以容納一個電子。這些島嵌入在氮化鎵/鋁氮化鎵 (GaAs/AlGaAs) 的異質結構中，這種結構內部存在二維電子氣，能夠精確控制電子。
這些島嶼中的一個閘與使用約瑟夫森接點建造的超導腔相連，允許量子電流流動，並完成一個微波電路。該腔能夠吸收並儲存頻率在 3 至 5.2 GHz 之間的微波光子。
當微波光子進入腔內，其能量與量子雙點的分裂相匹配時，它會被電子吸收，從而使系統激發，導致電子移向量子點並隨後隧穿到附近的儲存器中。這會產生一個微弱的電流，可以被測量，從而檢測到微波光子。
為了評估探測器的性能，研究人員首先通過監測裝置的能量水平變化來測量進入的微波信號。接著，他們測量了在微波功率增加時，雙量子點裝置的源漏電流。當信號微弱到少於一個光子時，電流呈正比上升。研究人員觀察到系統能檢測到 55% 至 67.7% 的入射光子，峰值達到 70%。這表明大多數進入系統的光子都能可靠地被檢測到。
更重要的是，該探測器能夠連續運作，並在電子進出量子點時自動重置。研究人員相信，這種基於半導體材料的探測器能夠推動使用自旋量子比特的量子計算進步。EPFL 的研究人員 Pasquale Scarlino 表示，「這項工作不僅為基於半導體的微波光子探測器設定了新標準，還為量子微波光學、量子感測以及可擴展的量子信息平台開啟了新的前景。」該研究已發表在《科學進展》期刊上。
