Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Перший у світі гібридний чіп, який інтегрує електронні, фотонні та квантові компоненти на одному кремнієвому кристалі, відкриває нові перспективи для розвитку квантових технологій. Його створили вчені з Бостонського університету, Каліфорнійського університету в Берклі та Північно-західного університету, використовуючи стандартний 45-нанометровий напівпровідниковий процес.
Ця інновація дозволяє на одному кристалі генерувати потоки корельованих фотонних пар, які є фундаментом для квантових обчислень, комунікацій та сенсорики. Новий чіп позначає важливий крок у масштабуванні виробництва «фабрик квантового світла» та складних квантових систем із кількома взаємопов’язаними кристалами.
Інтеграція електроніки та фотоніки у єдину систему забезпечує стабільну роботу квантових джерел світла навіть при коливаннях температури та технологічних варіаціях. Кожен кристал містить до дванадцяти джерел квантового світла, які працюють паралельно та підтримують синхронізацію з лазерним живленням. Такий підхід дозволяє подолати основні технічні виклики, пов’язані з чутливістю фотонних резонаторів. Завдяки цьому гібридний чіп стає надійним будівельним блоком для майбутніх квантових технологій, які потребують масштабування та комерційного застосування.
Особливості фотонної інтеграції та стабілізації
Основою генерації квантових фотонів є мікрокільцеві резонатори, які точно налаштовані на резонанс із лазерним випромінюванням. Ці резонатори дуже чутливі до зовнішніх впливів, тому для їх стабільної роботи потрібен постійний контроль. Інтегровані фотодіоди всередині резонаторів забезпечують моніторинг їхнього стану, а вбудовані нагрівачі коригують параметри у реальному часі. Завдяки зворотному зв’язку система підтримує синхронність і стабільність генерації фотонів навіть за умов температурного дрейфу та взаємодії з іншими джерелами.
Ко-дизайн електроніки та фотоніки дозволив створити унікальну платформу, яка відповідає суворим вимогам квантової оптики, але при цьому виготовляється на комерційній CMOS-платформі. Це рішення відкриває можливість виробництва масштабованих і стабільних квантових систем на стандартних напівпровідникових фабриках. Така інтеграція є ключовою для подальшого розвитку квантових обчислень, комунікацій і сенсорних технологій.
Інновації у виробничому процесі
Чіп виготовлено за стандартним 45-нанометровим CMOS-процесом, що використовується в сучасній напівпровідниковій індустрії. Це означає доступність технології для масового виробництва і зниження витрат. Процес розробки відбувався за підтримки провідних університетів і промислових партнерів, зокрема GlobalFoundries та Ayar Labs, які забезпечили виготовлення і пакування пристрою. Таке партнерство поєднує наукові дослідження з комерційними можливостями, дозволяючи швидко переходити від лабораторних зразків до масштабних продуктів.
Використання стандартних виробничих платформ також гарантує сумісність з існуючими технологічними ланцюгами. Це спрощує інтеграцію нових квантових компонентів у сучасні обчислювальні системи і прискорює впровадження інновацій у різні галузі, зокрема штучний інтелект, високопродуктивні обчислення і безпечний зв’язок. Такий підхід відкриває нові горизонти для розвитку квантових технологій у промисловому масштабі.
Перспективи масштабування квантових систем
Інтеграція декількох джерел квантового світла на одному кристалі дозволяє створювати модульні системи з високою пропускною здатністю. Подальше масштабування таких гібридних чіпів відкриває шлях до побудови складних квантових мереж і обчислювальних платформ. Важливим є те, що ці технології можуть працювати в стандартних промислових умовах, що значно полегшує їх впровадження і комерціалізацію. Розробка гібридних квантових чіпів відповідає зростаючим вимогам до обробки даних у сучасному світі.
Вже зараз багато молодих вчених, які брали участь у проєкті, продовжують роботу у провідних компаніях, що спеціалізуються на фотонних та квантових технологіях. Це свідчить про високий потенціал і важливість розробки для індустрії. Майбутнє квантових систем лежить у поєднанні масштабованості, стабільності та інтеграції з класичними електронними платформами. Гібридний чіп відкриває новий етап еволюції квантових технологій.
Вплив на майбутнє квантових технологій
Інтеграція електроніки, фотоніки та квантових процесів у єдиному пристрої створює основу для появи надійних і масштабованих квантових обчислювальних систем. Це також відкриває можливості для розвитку безпечних комунікаційних мереж і просунутих сенсорних технологій. Унікальність підходу полягає у можливості виготовлення пристроїв на звичних промислових платформах, що робить квантові технології більш доступними. Важливим є й те, що таке рішення враховує реальні виробничі обмеження і забезпечує стабільність роботи навіть за складних умов.
Цей прорив став прикладом успішної міждисциплінарної співпраці вчених із різних галузей, що об’єднали знання в електроніці, фотоніці та квантових науках. Його результати можуть прискорити розвиток квантових систем і розширити спектр їх застосувань. Відтепер створення масштабованих і керованих квантових пристроїв виходить за межі лабораторій і наближається до комерційного впровадження.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, чому компанії женуться за ілюзією.
