Το πρώτο κβαντικό τσιπ που παράγει και σταθεροποιεί το φως

Για πρώτη φορά, Αμερικανοί επιστήμονες δημιούργησαν ένα τσιπ πυριτίου που μπορεί να παράγει και να ελέγχει κβαντικό φως, ανοίγοντας ένα σημείο καμπής για την εμπορευματοποίηση της κβαντικής τεχνολογίας.

Για πρώτη φορά, επιστήμονες ενσωμάτωσαν με επιτυχία μια κβαντική πηγή φωτός (φωτονική) και ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου στο ίδιο μικροσκοπικό τσιπ πυριτίου. Αυτό το τσιπ, πλάτους μόνο 1 mm², είναι ικανό να παράγει ζεύγη κβαντικών φωτονίων και να ρυθμίζει το σήμα σε πραγματικό χρόνο - κάτι πρωτοφανές στη βιομηχανία τεχνολογίας μικροτσίπ.

Αυτό το πρωτοποριακό έργο πραγματοποιήθηκε από μια διεπιστημονική ερευνητική ομάδα από τρία κορυφαία πανεπιστήμια των ΗΠΑ: το Πανεπιστήμιο Northwestern, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια - Μπέρκλεϋ (UC Berkeley) και το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης (BU). Το τσιπ κατασκευάστηκε σε ένα εμπορικό χυτήριο ημιαγωγών χρησιμοποιώντας μια τυπική διαδικασία CMOS, παρόμοια με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή τσιπ υπολογιστών γενικής χρήσης σήμερα.

Τσιπ πυριτίου που ενσωματώνει κβαντική πηγή φωτός και ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου κάτω από μικροσκόπιο.

Αντί να απαιτείται ογκώδης εξοπλισμός και ειδικά εξοπλισμένα εργαστήρια όπως πριν, το νέο τσιπ μπορεί να παράγει και να ελέγχει κβαντικό φως ενσωματώνοντας ταυτόχρονα πολλά μικροσκοπικά εξαρτήματα: δακτυλιωτικούς συντονιστές, φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες και κυκλώματα θερμικής ανάδρασης. Όταν ένα λέιζερ φωτίζει τους δακτυλίους συντονιστή που είναι χαραγμένοι στην επιφάνεια του τσιπ, δημιουργεί ζεύγη φωτονίων με κβαντική διεμπλοκή, τη βάση των qubit φωτός.

Σε αντίθεση με τα προηγούμενα συστήματα, τα οποία είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία και επιρρεπή σε διαταραχές, αυτό το τσιπ μπορεί να αυτοβαθμονομηθεί χάρη σε έναν ενσωματωμένο μηχανισμό ανάδρασης. Οι αισθητήρες θα παρακολουθούν συνεχώς την πηγή φωτός και θα στέλνουν σήματα στον θερμαντήρα για να διασφαλίσουν τη βέλτιστη κατάσταση. Όλη αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα απευθείας στο τσιπ χωρίς υποστήριξη από εξωτερικές συσκευές.

Το πιο σημαντικό είναι ότι το τσιπ κατασκευάζεται με τη χρήση μιας διαδικασίας CMOS 45nm - που σημαίνει ότι δεν απαιτείται ειδικό εργοστάσιο, το κόστος κατασκευής είναι χαμηλό και η επεκτασιμότητα υψηλή. Αυτό είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό βήμα για την κβαντική τεχνολογία ώστε να ξεφύγει από το πειραματικό περιβάλλον και να προχωρήσει στην εμπορευματοποίηση σε μεγάλη κλίμακα.

Ο ενσωματωμένος σχεδιασμός επιτρέπει στο κβαντικό τσιπ να λειτουργεί με ακρίβεια χωρίς την ανάγκη βοηθητικού εξοπλισμού.

Ο συνδυασμός τριών τεχνολογικών τομέων: της κλασικής ηλεκτρονικής, της φωτονικής και της κβαντικής – οι οποίοι παραδοσιακά αναπτύσσονταν ξεχωριστά – έχει δημιουργήσει μια ενιαία και αποτελεσματική αρχιτεκτονική. Η ερευνητική ομάδα συν-σχεδίασε από την αρχή για να διασφαλίσει ότι τα εξαρτήματα είναι συμβατά και συνεργάζονται, βοηθώντας το τσιπ να λειτουργεί με ακρίβεια και σταθερότητα.

Με εξαιρετικά πλεονεκτήματα σε συμπαγές μέγεθος, αυτολειτουργία και ευκολία παραγωγής, αυτό το κβαντικό τσιπ θα αποτελέσει τη βάση για πολλές πρακτικές εφαρμογές: από δίκτυα επικοινωνίας κατά των υποκλοπών, ιατρικούς αισθητήρες νέας γενιάς, έως συστήματα κβαντικής επεξεργασίας που μπορούν να αντικαταστήσουν τους υπερυπολογιστές στο μέλλον.

Αυτό αποτελεί επίσης ένδειξη ότι η κβαντική υπολογιστική ξεπερνά σταδιακά τα όρια μεταξύ έρευνας και εφαρμογής. Η επιτυχημένη κατασκευή αυτού του τσιπ δεν αποτελεί μόνο ένα τεχνικό ορόσημο, αλλά και ένα στρατηγικό βήμα για την εισαγωγή των κβαντικών τεχνολογιών στον πραγματικό κόσμο .

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