Ein hybrider Superchip, der Photonik, Elektronik und Quantentechnologie vereint.

Wissenschaftlern ist es gelungen, eine „Quantenlichtfabrik“ in Miniaturform auf einem Siliziumchip von der Größe einer Fingerspitze zu entwickeln.

Der erste Hybridchip, der Photonik, Elektronik und Quantenmechanik vereint. Bild: Boston University .

Laut einer in Nature Electronic veröffentlichten Studie ist Forschern der Boston University, der UC Berkeley und der Northwestern University ein Durchbruch gelungen: Sie haben eine miniaturisierte „Quantenlichtfabrik“ auf einem 1 mm² großen Siliziumchip entwickelt.

Genauer gesagt wird dieser spezielle Chip mit einem Standard-45-nm-CMOS-Verfahren hergestellt – dem gleichen Verfahren, das auch für gängige Prozessoren wie x86 und ARM verwendet wird – wodurch die Quantenhardware der Massenproduktion einen Schritt näher kommt.

Darüber hinaus könnte dieser Durchbruch den Weg für skalierbares Quantencomputing ebnen, das keine separaten Aufbauten benötigt, sondern auf Massenproduktionstechniken setzt.

Tom's Hardware beschreibt diesen Chip als Prototyp für ein zukünftiges Quantenfertigungsverfahren mit 12 kleinen Siliziumringen, sogenannten „Mikroringresonatoren“.

Jede einzelne Schleife darin fungiert als Generator von Photonenpaaren mit einzigartigen Quanteneigenschaften. Diese Photonenpaare sind die Grundlage vieler Quantentechnologien, doch ihre Erzeugung erfordert üblicherweise empfindliche Laboraufbauten. Dank dieser neuen Entdeckung können sie nun direkt auf einem Chip mit nur einer Fingerspitze erzeugt werden.

Ein weiteres bemerkenswertes Detail ist, dass der Chip nicht nur Quantenlicht erzeugt, sondern auch dazu beiträgt, dieses Licht stabil zu halten.

Mikroresonatoren sind zwar sehr leistungsstark, aber instabil. Geringfügige Änderungen der Temperatur oder der Fertigungseigenschaften können dazu führen, dass sie ihre Resonanz verlieren und den Photonenfluss unterbrechen.

Um dieses Problem zu lösen, integrierten die Forscher ein direktes Rückkopplungssystem in den Chip. Jeder Resonator verfügt über eine kleine Fotodiode zur Leistungsüberwachung sowie über miniaturisierte Heizelemente und eine Steuerschaltung zur sofortigen Anpassung.

Durch diesen Selbstabstimmungsansatz arbeiten alle 12 Resonatoren perfekt synchronisiert zusammen, ohne dass sperrige zusätzliche Stabilisierungseinrichtungen erforderlich sind.

„Dies ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt. Er zeigt, dass wir durchaus stabile und reproduzierbare Quantensysteme in industriellen Produktionsumgebungen aufbauen können“, sagte Miloš Popović, außerordentlicher Professor an der Boston University und Mitautor der Studie.

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