Boston, Berkeley i Northwestern spojili su ono što je do sada bilo nezamislivo: elektroniku, fotoniku i kvantnu moć na jednom čipu. U saradnji koja objedinjuje inženjere, fizičare i dizajnere čipova, nastao je prvi hibridni kvantni čip, sposoban da generiše stabilne tokove kvantne svetlosti – unutar standardnog silicijumskog procesa od 45 nm.
Kvantni izvori svetlosti – sada direktno na čipu
Istraživači su uspeli da implementiraju izvore kvantne svetlosti, elektronsku kontrolu i fotoničke komponente u jedinstvenu strukturu. Ovaj čip može da stvara uparene fotone – osnovni resurs za kvantnu komunikaciju, računanje i senzore. Svaka jedinica zauzima manje od jednog kvadratnog milimetra, a čip sadrži čak 12 nezavisnih kvantnih svetlosnih fabrika.
Za stabilnost procesa korišćeni su mikroring rezonatori, ultraosetljivi optički uređaji koji moraju biti savršeno sinhronizovani s laserskim izvorima svetlosti. Zbog njihove osetljivosti na temperaturu i varijacije u proizvodnji, neophodna je konstantna korekcija.
Ugrađena stabilizacija u realnom vremenu
Tim je rešio ovaj izazov pomoću fotodioda unutar rezonatora koje detektuju odstupanja u usklađenosti sa laserskim snopom. Ugrađena elektronika i mikrogrejači na čipu automatski podešavaju rezonancu kako bi se održala stabilna proizvodnja kvantne svetlosti – čak i kada temperatura oscilira ili kada druge jedinice na čipu stvaraju smetnje.
“Ovo je veliki korak za skaliranje kvantnih sistema jer po prvi put imamo stabilizaciju kvantnog procesa direktno na čipu,” izjavio je Anirudh Ramesh, doktorand sa Northwestern-a.
Komercijalna tehnologija za kvantne čipove
Za razliku od eksperimentalnih sistema, ova arhitektura je razvijena korišćenjem komercijalne CMOS platforme, identične onoj koju koristi industrija za proizvodnju klasičnih čipova. To znači da je masovna proizvodnja kvantno-fotoničkih sistema sada tehnički dostižna.
Projekat je proistekao iz partnerstva između Boston University, UC Berkeley, Northwestern University, Ayar Labs i GlobalFoundries. I što je još važnije, dizajn, pakovanje i integracija su vođeni interdisciplinarnim timom koji je spojio svetove elektronike, kvantne optike i fotonike.
Put ka kvantnom internetu i računarima
U budućnosti, ovakvi čipovi bi mogli postati osnovni građevinski blokovi kvantnog interneta, senzorskih mreža visoke preciznosti i skalabilnih kvantnih računara.
Zanimljivo je da su mnogi od doktoranata uključenih u ovaj projekat već prešli u vodeće kvantne kompanije kao što su PsiQuantum, Ayar Labs, Aurora i Google X – što pokazuje koliko je ovaj domen u ekspanziji.