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Der erste Hybridchip zwischen Photonik, Elektronik und Quanten. Foto: Boston University . |
Einer in Nature Electronics veröffentlichten Studie zufolge ist Forschern der Boston University, der UC Berkeley und der Northwestern University ein Durchbruch gelungen, indem sie eine miniaturisierte „Quantenlichtfabrik“ auf einem 1 mm2 großen Siliziumchip gebaut haben.
Noch einzigartiger ist, dass dieser spezielle Chip in einem standardmäßigen 45-nm-CMOS-Herstellungsprozess hergestellt wird – demselben, der auch für gängige Prozessoren wie x86 und ARM verwendet wird. Dadurch kommt Quantenhardware der Welt der Massenproduktion einen Schritt näher.
Darüber hinaus könnte der Durchbruch den Weg für skalierbares Quantencomputing ebnen, das keine maßgeschneiderten Setups erfordert, sondern auf Massenproduktionstechniken beruht.
Tom’s Hardware vergleicht den Chip mit einem Prototyp für eine zukünftige Quantenfertigungslinie, bestehend aus 12 winzigen Siliziumringen, sogenannten „Mikroringresonatoren“.
Jeder aktive Ring fungiert als Generator von Photonenpaaren mit einzigartigen Quanteneigenschaften. Diese Photonenpaare sind die Lebensader vieler Quantentechnologien, ihre Produktion erfordert jedoch typischerweise fragile Laboraufbauten. Dank dieser neuen Entdeckung können sie nun mit nur einer Fingerspitze direkt auf einem Chip erzeugt werden.
Bemerkenswert ist auch, dass der Chip nicht nur Quantenlicht erzeugt, sondern auch dazu beiträgt, dieses Licht stabil zu halten.
Mikroringresonatoren sind robust, aber instabil. Schon kleine Temperaturschwankungen oder Veränderungen in den Herstellungseigenschaften können sie aus der Stimmung bringen und den Photonenfluss stoppen.
Um dieses Problem zu lösen, bauten die Forscher ein Rückkopplungssystem direkt in den Chip ein. Dabei verfügt jeder Resonator über eine winzige Fotodiode zur Überwachung der Leistung sowie über Miniaturheizelemente und eine Steuerschaltung, die sofortige Anpassungen vornimmt.
Dieser selbstabstimmende Ansatz ermöglicht es allen 12 Resonatoren, perfekt synchron zusammenzuarbeiten, ohne dass sperrige Stabilisierungsgeräte erforderlich sind.
„Dies ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt. Er zeigt, dass es möglich ist, stabile und wiederholbare Quantensysteme in einer industriellen Produktionsumgebung zu bauen“, sagte Miloš Popović, außerordentlicher Professor an der Boston University und Co-Autor der Studie.
Quelle: https://znews.vn/sieu-chip-lai-giua-quang-tu-dien-tu-va-luong-tu-post1570960.html
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