Det första kvantchipet som genererar och stabiliserar ljus

För första gången har forskare framgångsrikt integrerat en kvantljuskälla (fotonik) och en elektronisk styrkrets på samma mikroskopiska kiselchip. Detta chip, som bara är 1 mm² brett, kan generera kvantfotonpar och justera signalen i realtid – något som saknar motstycke inom mikrochipteknikindustrin.

Detta banbrytande arbete utfördes av ett tvärvetenskapligt forskarteam från tre ledande universitet i USA: Northwestern University, University of California - Berkeley (UC Berkeley) och Boston University (BU). Chipet tillverkades vid ett kommersiellt halvledargjuteri med hjälp av en standard CMOS-process, liknande den teknik som används för att tillverka universalchips idag.

Kiselchip som integrerar kvantljuskälla och elektronisk styrkrets under mikroskop.

Istället för att kräva skrymmande utrustning och specialutrustade laboratorier som tidigare, kan det nya chipet generera och styra kvantljus genom att samtidigt integrera många små komponenter: ringresonatorer, fotoelektriska sensorer och termiska återkopplingskretsar. När en laser lyser på resonatorringarna som är etsade på chipets yta, skapas par av fotoner med kvantintrassling, grunden för ljusbitar.

Till skillnad från tidigare system, som är temperaturkänsliga och benägna att störas, kan detta chip självkalibrera tack vare en inbyggd feedbackmekanism. Sensorer övervakar kontinuerligt ljuskällan och skickar signaler till värmaren för att säkerställa optimalt tillstånd. Hela processen sker direkt på chipet utan stöd från externa enheter.

Ännu viktigare är att chipet tillverkas med en 45nm CMOS-process – vilket innebär att ingen dedikerad fabrik krävs, tillverkningskostnaderna är låga och skalbarheten är hög. Detta är ett extremt viktigt steg för att kvanttekniken ska kunna lämna experimentmiljön och komma i storskalig kommersialisering.

Den integrerade designen gör att kvantchippet kan fungera exakt utan behov av hjälputrustning.

Kombinationen av tre teknologiska områden: klassisk elektronik, fotonik och kvantteknik – som traditionellt sett har utvecklats separat – har skapat en enhetlig och effektiv arkitektur. Forskargruppen var med och designade från början för att säkerställa att komponenterna är kompatibla och fungerar tillsammans, vilket hjälper chipet att fungera korrekt och stabilt.

Med enastående fördelar i form av kompakthet, självstyrande förmåga och enkel produktion kommer detta kvantchip att ligga till grund för många praktiska tillämpningar: från kommunikationsnätverk mot avlyssning och medicinska sensorer av den nya generationen till kvantbehandlingssystem som kan ersätta superdatorer i framtiden.

Detta är också ett tecken på att kvantberäkning gradvis överskrider gränsen mellan forskning och tillämpning. Den framgångsrika tillverkningen av detta chip är inte bara en teknisk milstolpe, utan också ett strategiskt steg i att föra kvantteknologier till den verkliga världen .

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