Pierwszy układ kwantowy generujący i stabilizujący światło

Po raz pierwszy naukowcom udało się zintegrować kwantowe źródło światła (fotonikę) i elektroniczny układ sterujący na tym samym mikroskopijnym krzemowym chipie. Ten chip, o szerokości zaledwie 1 mm², jest w stanie generować kwantowe pary fotonów i regulować sygnał w czasie rzeczywistym – co jest czymś bezprecedensowym w branży technologii mikroprocesorowych.

To przełomowe dzieło zostało przeprowadzone przez interdyscyplinarny zespół badawczy z trzech wiodących uniwersytetów w USA: Northwestern University, University of California w Berkeley (UC Berkeley) i Boston University (BU). Układ scalony został wyprodukowany w komercyjnej odlewni półprzewodników, wykorzystując standardowy proces CMOS, podobny do technologii stosowanej obecnie w produkcji układów scalonych ogólnego przeznaczenia.

Układ krzemowy integrujący kwantowe źródło światła i elektroniczny układ sterujący pod mikroskopem.

Zamiast, jak dotychczas, wymagać dużego sprzętu i specjalnie wyposażonych laboratoriów, nowy układ może generować i kontrolować światło kwantowe poprzez jednoczesną integrację wielu maleńkich komponentów: rezonatorów pierścieniowych, czujników fotoelektrycznych i obwodów sprzężenia zwrotnego termicznego. Gdy laser jest skierowany na pierścienie rezonatorów wytrawione na powierzchni układu, powstają pary fotonów ze splątaniem kwantowym, stanowiące podstawę kubitów światła.

W przeciwieństwie do poprzednich systemów, wrażliwych na temperaturę i podatnych na zakłócenia, ten układ scalony może samoczynnie się kalibrować dzięki wbudowanemu mechanizmowi sprzężenia zwrotnego. Czujniki stale monitorują źródło światła i wysyłają sygnały do grzejnika, aby zapewnić jego optymalny stan. Cały proces odbywa się bezpośrednio na układzie scalonym, bez wsparcia ze strony urządzeń zewnętrznych.

Co ważniejsze, układ jest wytwarzany w procesie CMOS 45 nm – co oznacza, że nie jest wymagana dedykowana fabryka, koszty produkcji są niskie, a skalowalność wysoka. To niezwykle ważny krok w kierunku wyjścia technologii kwantowej ze środowiska eksperymentalnego i wejścia na rynek komercyjny na dużą skalę.

Zintegrowana konstrukcja pozwala na precyzyjną pracę układu scalonego bez konieczności stosowania urządzeń pomocniczych.

Połączenie trzech obszarów technologicznych: elektroniki klasycznej, fotoniki i kwantów – tradycyjnie rozwijanych oddzielnie – pozwoliło na stworzenie ujednoliconej i wydajnej architektury. Zespół badawczy od samego początku współprojektował układ, aby zapewnić kompatybilność i współpracę komponentów, co przekłada się na precyzję i stabilność działania układu.

Dzięki wyjątkowym zaletom w postaci zwartej konstrukcji, możliwości samodzielnej obsługi i łatwości produkcji, ten układ kwantowy stanie się podstawą wielu praktycznych zastosowań: od sieci komunikacyjnych zabezpieczających przed podsłuchem, przez nową generację czujników medycznych, aż po systemy przetwarzania kwantowego, które w przyszłości mogą zastąpić superkomputery.

To również znak, że komputery kwantowe stopniowo przekraczają granicę między badaniami a zastosowaniami. Udane wyprodukowanie tego układu to nie tylko techniczny kamień milowy, ale także strategiczny krok w kierunku wprowadzenia technologii kwantowych do świata rzeczywistego.

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