光を生成し安定化させる初の量子チップ

アメリカの科学者らが初めて量子光を生成・制御できるシリコンチップを開発し、量子技術の商業化に転換点を開いた。

科学者たちは初めて、量子光源（フォトニクス）と電子制御回路を同一の微小シリコンチップ上に集積することに成功しました。わずか1mm²幅のこのチップは、量子光子対を生成し、信号をリアルタイムで調整することが可能です。これは、マイクロチップ技術業界において前例のないことです。

この画期的な研究は、米国の3つの主要大学、ノースウェスタン大学、カリフォルニア大学バークレー校（UCバークレー）、ボストン大学（BU）からなる学際的な研究チームによって実施されました。このチップは、今日の汎用コンピュータチップの製造に使用されている技術に類似した標準的なCMOSプロセスを用いて、商用半導体ファウンドリーで製造されました。

量子光源と電子制御回路を統合したシリコンチップを顕微鏡で観察。

この新しいチップは、従来のように大型の装置や特別な設備を備えた実験室を必要としません。リング共振器、光電センサー、熱フィードバック回路といった多数の微小部品を同時に集積することで、量子光の生成と制御を可能にします。チップ表面にエッチングされた共振器リングにレーザーを照射すると、量子もつれ状態にある光子対が生成され、これが光量子ビットの基礎となります。

温度に敏感で外乱の影響を受けやすい従来のシステムとは異なり、このチップは内蔵のフィードバック機構により自己キャリブレーションが可能です。センサーが光源を継続的に監視し、ヒーターに信号を送信して最適な状態を維持します。このプロセス全体は、外部デバイスのサポートなしにチップ上で実行されます。

さらに重要なのは、このチップは45nm CMOSプロセスで製造されていることです。つまり、専用ファブは不要で、製造コストが低く、拡張性が高いということです。これは、量子技術を実験環境から大規模な商用化へと移行させるための極めて重要なステップです。

統合設計により、量子チップは補助機器を必要とせずに正確に動作することができます。

従来は個別に開発されてきた古典電子工学、フォトニクス、量子という3つの技術分野を組み合わせることで、統一された効率的なアーキテクチャが実現しました。研究チームは、コンポーネント間の互換性と連携を確保するために、当初から共同設計を行い、チップの正確かつ安定した動作を実現しました。

この量子チップは、コンパクトさ、自動動作能力、製造の容易さといった優れた利点を備えており、盗聴防止通信ネットワーク、新世代の医療センサー、将来スーパーコンピュータに取って代わることができる量子処理システムまで、多くの実用的なアプリケーションの基盤となるでしょう。

これは、量子コンピューティングが研究と応用の境界を徐々に越えつつあることの兆候でもあります。このチップの製造成功は、技術的なマイルストーンであるだけでなく、量子技術を現実世界に導入するための戦略的な一歩でもあります。

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