Der erste Quantenchip, der Licht erzeugt und stabilisiert

Amerikanische Wissenschaftler haben erstmals einen Siliziumchip entwickelt, der Quantenlicht erzeugen und steuern kann. Damit ist ein Wendepunkt für die Kommerzialisierung der Quantentechnologie erreicht.

Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, eine Quantenlichtquelle (Photonik) und eine elektronische Steuerschaltung auf demselben mikroskopischen Siliziumchip zu integrieren. Dieser nur 1 mm² große Chip ist in der Lage, Quantenphotonenpaare zu erzeugen und das Signal in Echtzeit anzupassen – ein Novum in der Mikrochip-Technologie.

Diese bahnbrechende Arbeit wurde von einem interdisziplinären Forschungsteam dreier führender US-amerikanischer Universitäten durchgeführt: der Northwestern University, der University of California – Berkeley (UC Berkeley) und der Boston University (BU). Der Chip wurde in einer kommerziellen Halbleitergießerei mit einem Standard-CMOS-Prozess hergestellt, ähnlich der Technologie, die heute zur Herstellung von Allzweck-Computerchips verwendet wird.

Siliziumchip mit integrierter Quantenlichtquelle und elektronischer Steuerschaltung unter dem Mikroskop.

Statt wie bisher sperrige Geräte und speziell ausgestattete Labore zu benötigen, kann der neue Chip Quantenlicht durch die gleichzeitige Integration vieler winziger Komponenten erzeugen und steuern: Ringresonatoren, photoelektrische Sensoren und thermische Rückkopplungsschaltungen. Bestrahlt man die in die Chipoberfläche eingravierten Resonatorringe mit einem Laser, entstehen quantenverschränkte Photonenpaare – die Grundlage der Licht-Qubits.

Im Gegensatz zu bisherigen Systemen, die temperaturempfindlich und störungsanfällig sind, kann sich dieser Chip dank eines integrierten Feedback-Mechanismus selbst kalibrieren. Sensoren überwachen kontinuierlich die Lichtquelle und senden Signale an die Heizung, um einen optimalen Zustand sicherzustellen. Dieser gesamte Prozess findet direkt auf dem Chip statt, ohne externe Geräteunterstützung.

Noch wichtiger ist, dass der Chip im 45-nm-CMOS-Prozess hergestellt wird. Das bedeutet, dass keine spezielle Fabrik erforderlich ist, die Herstellungskosten niedrig sind und die Skalierbarkeit hoch ist. Dies ist ein äußerst wichtiger Schritt für die Quantentechnologie, um aus dem experimentellen Umfeld herauszukommen und sie in Richtung einer großflächigen Kommerzialisierung zu entwickeln.

Das integrierte Design ermöglicht dem Quantenchip einen präzisen Betrieb ohne zusätzliche Geräte.

Durch die Kombination dreier Technologiebereiche – klassische Elektronik, Photonik und Quantentechnologie –, die traditionell getrennt voneinander entwickelt wurden, entstand eine einheitliche und effiziente Architektur. Das Forschungsteam war von Anfang an an der Entwicklung beteiligt, um die Kompatibilität und das Zusammenspiel der Komponenten sicherzustellen und so den präzisen und stabilen Betrieb des Chips zu gewährleisten.

Mit seinen herausragenden Vorteilen hinsichtlich Kompaktheit, Selbstbetriebsfähigkeit und einfacher Produktion wird dieser Quantenchip die Grundlage für zahlreiche praktische Anwendungen bilden: von abhörsicheren Kommunikationsnetzwerken über medizinische Sensoren der neuen Generation bis hin zu Quantenverarbeitungssystemen, die in Zukunft Supercomputer ersetzen können.

Dies ist auch ein Zeichen dafür, dass Quantencomputing allmählich die Grenze zwischen Forschung und Anwendung überschreitet. Die erfolgreiche Herstellung dieses Chips ist nicht nur ein technischer Meilenstein, sondern auch ein strategischer Schritt, um Quantentechnologien in die reale Welt zu bringen.

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