Первый квантовый чип, который генерирует и стабилизирует свет

Впервые учёным удалось успешно интегрировать квантовый источник света (фотонику) и электронную схему управления на одном микроскопическом кремниевом чипе. Этот чип шириной всего 1 мм² способен генерировать пары квантовых фотонов и регулировать сигнал в реальном времени — беспрецедентный случай в индустрии микросхем.

Эта новаторская работа была проведена междисциплинарной исследовательской группой из трёх ведущих университетов США: Северо-Западного университета, Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) и Бостонского университета (BU). Микросхема была изготовлена на коммерческом заводе по производству полупроводников с использованием стандартного КМОП-процесса, аналогичного технологии, используемой сегодня для производства универсальных компьютерных микросхем.

Кремниевый чип, объединяющий квантовый источник света и электронную схему управления под микроскопом.

Вместо громоздкого оборудования и специально оборудованных лабораторий, как раньше, новый чип способен генерировать и контролировать квантовый свет, одновременно интегрируя множество крошечных компонентов: кольцевые резонаторы, фотоэлектрические датчики и схемы тепловой обратной связи. При воздействии лазера на кольца резонаторов, вытравленные на поверхности чипа, создаются пары фотонов с квантовой запутанностью, лежащие в основе кубитов света.

В отличие от предыдущих систем, чувствительных к температуре и подверженных помехам, этот чип способен самокалиброваться благодаря встроенному механизму обратной связи. Датчики непрерывно контролируют источник света и отправляют сигналы нагревателю для обеспечения оптимального состояния. Весь процесс происходит непосредственно на чипе без участия внешних устройств.

Что ещё важнее, чип производится по 45-нм КМОП-технологии, что означает отсутствие необходимости в специализированном производстве, низкую стоимость производства и высокую масштабируемость. Это чрезвычайно важный шаг для выхода квантовых технологий из экспериментальной среды к масштабной коммерциализации.

Интегрированная конструкция позволяет квантовому чипу работать точно, без необходимости использования вспомогательного оборудования.

Сочетание трёх технологических направлений: классической электроники, фотоники и квантовой физики, которые традиционно развивались раздельно, позволило создать единую и эффективную архитектуру. Исследовательская группа с самого начала работала совместно, чтобы обеспечить совместимость компонентов и их совместную работу, что способствует точной и стабильной работе чипа.

Благодаря выдающимся преимуществам в компактности, способности к самообслуживанию и простоте производства этот квантовый чип станет основой для множества практических приложений: от сетей связи с защитой от подслушивания, медицинских датчиков нового поколения до систем квантовой обработки, которые в будущем могут заменить суперкомпьютеры.

Это также признак того, что квантовые вычисления постепенно выходят за рамки исследований и практического применения. Успешное производство этого чипа — не только техническая веха, но и стратегический шаг на пути внедрения квантовых технологий в реальный мир .

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