رقاقة هجينة فائقة من الفوتونيات والإلكترونيات والكم

نجح العلماء في إنشاء "مصنع ضوء كمي" مصغر في شريحة سيليكون بحجم طرف الإصبع.

أول شريحة هجينة تجمع بين الفوتونيات والإلكترونيات والفيزياء الكمية. الصورة: جامعة بوسطن .

وفقًا لبحث نُشر في مجلة Nature Electronics ، حقق باحثون من جامعة بوسطن وجامعة كاليفورنيا في بيركلي وجامعة نورث وسترن إنجازًا كبيرًا من خلال صنع "مصنع ضوء كمي" مصغر على شريحة سيليكون مساحتها 1 مم².

وبشكل أكثر تحديدًا، تم تصنيع هذه الشريحة تحديدًا باستخدام عملية تصنيع CMOS القياسية 45 نانومتر - وهي نفس العملية المستخدمة في المعالجات الشائعة مثل x86 و ARM، مما يجعل الأجهزة الكمومية أقرب خطوة إلى عالم الإنتاج الضخم.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يمهد هذا الإنجاز الطريق للحوسبة الكمومية القابلة للتطوير والتي لا تتطلب إعدادات مخصصة، بل تعتمد بدلاً من ذلك على تقنيات الإنتاج الضخم.

يشبه موقع Tom's Hardware الشريحة بنموذج أولي لخط إنتاج كمي مستقبلي، مع 12 حلقة سيليكون صغيرة تسمى "رنانات الحلقة الدقيقة".

تعمل كل حلقة فعّالة كمولد لأزواج الفوتونات ذات الخصائص الكمومية الفريدة. تُعدّ هذه الأزواج أساس العديد من التقنيات الكمومية، إلا أن إنتاجها يتطلب عادةً تجهيزات مخبرية دقيقة. مع هذا الاكتشاف الجديد، أصبح بالإمكان إنتاجها مباشرةً على شريحة إلكترونية باستخدام طرف الإصبع فقط.

ومن التفاصيل الجديرة بالذكر أيضاً أن الشريحة لا تولد ضوء الكم فحسب، بل تساعد أيضاً في الحفاظ على استقرار هذا الضوء.

تتميز رنانات الحلقات الدقيقة بمتانتها ولكنها غير مستقرة. فالتغيرات الطفيفة في درجة الحرارة أو خصائص التصنيع قد تؤدي إلى خروجها عن النغمة وتوقف تدفق الفوتونات.

ولحل هذه المشكلة، قام الباحثون ببناء نظام تغذية راجعة مباشرة في الشريحة، حيث يحتوي كل رنان على صمام ثنائي ضوئي صغير لمراقبة الأداء، إلى جانب عناصر تسخين مصغرة ودوائر تحكم تقوم بإجراء تعديلات فورية.

يتيح هذا النهج ذاتي الضبط لجميع الرنانات الـ 12 العمل معًا بتزامن مثالي، دون الحاجة إلى معدات تثبيت ضخمة.

"هذه خطوة صغيرة ولكنها مهمة. إنها تُظهر أنه يمكننا بناء أنظمة كمومية مستقرة وقابلة للتكرار في بيئة إنتاج صناعية"، قال ميلوش بوبوفيتش، الأستاذ المشارك في جامعة بوسطن والمؤلف المشارك للدراسة.

المصدر: https://znews.vn/sieu-chip-lai-giua-quang-tu-dien-tu-va-luong-tu-post1570960.html