أول شريحة كمية تولد الضوء وتثبته

لأول مرة، نجح علماء أمريكيون في إنشاء شريحة سيليكون قادرة على توليد الضوء الكمي والتحكم فيه، مما يفتح نقطة تحول في تسويق تكنولوجيا الكم.

لأول مرة، نجح العلماء في دمج مصدر ضوء كمي (فوتونيات) ودائرة تحكم إلكترونية على شريحة سيليكون مجهرية واحدة. هذه الشريحة، التي لا يتجاوز عرضها 1 مم²، قادرة على توليد أزواج فوتونية كمية وضبط الإشارة آنيًا، وهو أمر غير مسبوق في صناعة تكنولوجيا الرقائق الدقيقة.

أُنجز هذا العمل الرائد من قِبل فريق بحثي متعدد التخصصات من ثلاث جامعات رائدة في الولايات المتحدة الأمريكية: جامعة نورث وسترن، وجامعة كاليفورنيا - بيركلي، وجامعة بوسطن. صُنعت الشريحة في مصنع أشباه موصلات تجاري باستخدام عملية CMOS قياسية، تُشبه التقنية المستخدمة في تصنيع رقائق الحاسوب متعددة الأغراض اليوم.

شريحة السيليكون التي تدمج مصدر الضوء الكمي ودائرة التحكم الإلكترونية تحت المجهر.

بدلاً من الحاجة إلى معدات ضخمة ومختبرات مجهزة خصيصًا كما في السابق، تستطيع الشريحة الجديدة توليد الضوء الكمي والتحكم فيه من خلال دمج العديد من المكونات الدقيقة في وقت واحد: مرنانات حلقية، ومستشعرات كهروضوئية، ودوائر تغذية راجعة حرارية. عند تسليط ليزر على حلقات الرنان المحفورة على سطح الشريحة، يُنتج أزواجًا من الفوتونات ذات التشابك الكمي، وهو أساس كيوبتات الضوء.

بخلاف الأنظمة السابقة، الحساسة لدرجة الحرارة والمعرضة للاضطرابات، تتميز هذه الشريحة بقدرتها على المعايرة الذاتية بفضل آلية التغذية الراجعة المدمجة. تراقب المستشعرات مصدر الضوء باستمرار وترسل إشارات إلى السخان لضمان الحالة المثلى. تتم هذه العملية بالكامل على الشريحة مباشرةً دون الحاجة إلى أي دعم خارجي.

والأهم من ذلك، أن الشريحة تُصنع باستخدام عملية CMOS بدقة 45 نانومتر، ما يعني عدم الحاجة إلى مصنع متخصص، وتكاليف تصنيع منخفضة، وقابلية توسع عالية. تُعد هذه خطوة بالغة الأهمية لتكنولوجيا الكم للانتقال من البيئة التجريبية إلى التسويق التجاري واسع النطاق.

يتيح التصميم المتكامل للشريحة الكمومية العمل بدقة دون الحاجة إلى معدات مساعدة.

أدى الجمع بين ثلاثة مجالات تكنولوجية - الإلكترونيات الكلاسيكية، والفوتونيات، والكم - والتي طُوّرت تقليديًا بشكل منفصل - إلى إنشاء بنية موحدة وفعالة. وقد تعاون فريق البحث منذ البداية في التصميم لضمان توافق المكونات وتكاملها، مما يُساعد الشريحة على العمل بدقة واستقرار.

بفضل المزايا المتميزة من حيث الحجم الصغير والقدرة على التشغيل الذاتي وسهولة الإنتاج، ستكون هذه الشريحة الكمومية الأساس للعديد من التطبيقات العملية: من شبكات الاتصالات المضادة للتنصت، وأجهزة الاستشعار الطبية من الجيل الجديد، إلى أنظمة المعالجة الكمومية التي يمكن أن تحل محل أجهزة الكمبيوتر العملاقة في المستقبل.

وهذا أيضًا مؤشر على أن الحوسبة الكمومية تتخطى تدريجيًا الحدود بين البحث والتطبيق. ولا يُعدّ نجاح تصنيع هذه الشريحة إنجازًا تقنيًا فحسب، بل يُعدّ أيضًا خطوة استراتيجية نحو تطبيق تقنيات الكم على أرض الواقع.

المصدر: https://khoahocdoisong.vn/con-chip-luong-tu-dau-tien-tu-tao-va-on-dinh-anh-sang-post1554962.html