От лаборатории к производству: разработан первый электронно-фотонный квантовый чип на коммерческой основе

Учёные из университетов Бостона, Калифорнии в Беркли и Северо-Западного заявили о создании первого в мире квантового чипа, основанного на электронно-фотонных технологиях. Это прорывное достижение прокладывает путь к массовому изготовлению квантовых чипов и разработке крупных квантовых систем, в которых множество таких чипов функционируют в синергии.

Эта система объединяет квантовые источники света со стабилизирующими электронными элементами, используя стандартные 45-нанометровые производственные процессы полупроводников. Она обеспечивает надёжные потоки коррелированных пар фотонов, которые являются ключевыми ресурсами. Каждый чип включает 12 таких источников, функционирующих параллельно, размер которых меньше одного квадратного миллиметра, формируя своеобразные «фабрики квантового света».

Создание квантовых световых состояний на чипе требует высокоточных фотонных устройств, таких как микрокольцевые резонаторы. Эти резонаторы, аналогичные тем, что были названы главой Nvidia Дженсеном Хуангом важными для будущего масштабирования вычислительных технологий компании с помощью оптических связей, должны быть синхронизированы с лазерным светом, питающим каждую «фабрику квантового света». Тем не менее, эти устройства очень чувствительны к температурным изменениям и погрешностям в производстве, что может нарушить стабильную генерацию квантового излучения.

Для решения этой проблемы команда разработала интегрированную систему, которая активно стабилизирует квантовые источники на чипе. Встроенные фотодиоды отслеживают согласование с входным лазером, поддерживая стабильность излучения. Нагревательные элементы и логика контроля постоянно корректируют резонансы, реагируя на температурные изменения. Это стало возможным благодаря совместному проектированию электронной и квантово-оптической компонентов как единой системы.

Ключевым элементом является встроенная обратная связь, стабилизирующая каждый источник и обеспечивающая предсказуемость работы чипа, несмотря на температурные колебания и производственные отклонения. Чип разработан на коммерческой платформе CMOS с 45-нанометровым техпроцессом.

Благодаря этому успеху, подобные чипы могут стать основой для таких технологий, как защищённые коммуникационные сети, передовые сенсорные системы и, в конечном итоге, квантовые вычислительные инфраструктуры.

Источник: iXBT