השבב הקוונטי הראשון שמייצר ומייצב אור

לראשונה, מדענים אמריקאים יצרו שבב סיליקון שיכול לייצר ולשלוט באור קוונטי, ובכך פתחו נקודת מפנה למסחור טכנולוגיית הקוונטים.

לראשונה, מדענים הצליחו לשלב מקור אור קוונטי (פוטוניקה) ומעגל בקרה אלקטרוני על אותו שבב סיליקון מיקרוסקופי. שבב זה, ברוחב של 1 מ"מ רבוע בלבד, מסוגל לייצר זוגות פוטונים קוונטיים ולהתאים את האות בזמן אמת - דבר חסר תקדים בתעשיית טכנולוגיית המיקרו-שבבים.

עבודה פורצת דרך זו בוצעה על ידי צוות מחקר רב-תחומי משלוש אוניברסיטאות מובילות בארה"ב: אוניברסיטת נורת'ווסטרן, אוניברסיטת קליפורניה - ברקלי (UC Berkeley) ואוניברסיטת בוסטון (BU). השבב יוצר בבית יציקה מסחרי לייצור מוליכים למחצה באמצעות תהליך CMOS סטנדרטי, בדומה לטכנולוגיה המשמשת לייצור שבבי מחשב לשימוש כללי כיום.

שבב סיליקון המשלב מקור אור קוונטי ומעגל בקרה אלקטרוני תחת מיקרוסקופ.

במקום לדרוש ציוד מגושם ומעבדות מצוידות במיוחד כמו בעבר, השבב החדש יכול לייצר ולשלוט באור קוונטי על ידי שילוב בו זמנית של רכיבים זעירים רבים: תהודה טבעתית, חיישנים פוטואלקטריים ומעגלי משוב תרמי. כאשר לייזר מוקרן על טבעות התהודה החרוטות על פני השבב, הוא יוצר זוגות של פוטונים עם שזירה קוונטית, הבסיס לקיוביטים של אור.

בניגוד למערכות קודמות, הרגישות לטמפרטורה ונוטות להפרעות, שבב זה יכול לבצע כיול עצמי הודות למנגנון משוב מובנה. חיישנים ינטרו באופן רציף את מקור האור וישלחו אותות לגוף החימום כדי להבטיח מצב אופטימלי. כל התהליך הזה מתרחש ישירות על השבב ללא תמיכה של כל התקן חיצוני.

חשוב מכך, השבב מיוצר באמצעות תהליך CMOS של 45 ננומטר - כלומר אין צורך במפעל ייעודי, עלויות הייצור נמוכות והמדרגיות גבוהה. זהו צעד חשוב ביותר עבור טכנולוגיית הקוונטים לצאת מסביבת הניסוי ולעבור מסחור בקנה מידה גדול.

העיצוב המשולב מאפשר לשבב הקוונטי לפעול בצורה מדויקת ללא צורך בציוד עזר.

השילוב של שלושה תחומים טכנולוגיים: אלקטרוניקה קלאסית, פוטוניקה וקוונטום – אשר פותחו באופן מסורתי בנפרד – יצר ארכיטקטורה מאוחדת ויעילה. צוות המחקר תכנן יחד מההתחלה כדי להבטיח שהרכיבים תואמים ויעבדו יחד, ובכך לסייע לשבב לפעול בצורה מדויקת ויציבה.

עם יתרונות בולטים של קומפקטיות, יכולת הפעלה עצמית וקלות ייצור, שבב קוונטי זה יהווה את הבסיס ליישומים מעשיים רבים: החל מרשתות תקשורת נגד האזנות סתר, חיישנים רפואיים מהדור החדש, ועד מערכות עיבוד קוונטיות שיכולות להחליף מחשבי-על בעתיד.

זהו גם סימן לכך שמחשוב קוונטי חוצה בהדרגה את הגבול בין מחקר ליישום. הייצור המוצלח של שבב זה הוא לא רק אבן דרך טכנית, אלא גם צעד אסטרטגי בהבאת טכנולוגיות קוונטיות לעולם האמיתי.

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