Из лаборатории на конвейер: создан первый электронно-фотонный квантовый чип на коммерческом производстве

Группа учёных из Бостонского университета, Калифорнийского университета в Беркли и Северо-Западного университета сообщила о создании первого в мире электронно-фотонного квантового чипа. Это достижение открывает путь к массовому производству квантовых чипов и созданию крупных квантовых систем, состоящих из множества таких чипов, работающих совместно.

Система объединяет квантовые источники света и стабилизирующие электронные компоненты, используя стандартный 45-нанометровый полупроводниковый производственный процесс. Это позволяет получать надёжные потоки коррелированных пар фотонов — ключевого ресурса. Каждый чип содержит 12 таких источников, работающих параллельно, размером менее миллиметра на миллиметр, образуя своего рода «фабрики квантового света».

Генерация квантовых состояний света на чипе требует высокоточных фотонных устройств, в частности, микрокольцевых резонаторов. Эти резонаторы, аналогичные тем, которые были названы генеральным директором Nvidia Дженсеном Хуангом ключевыми для будущего масштабирования вычислительной техники Nvidia с помощью оптического соединения, должны быть синхронизированы со входным лазерным светом, который питает каждую «фабрику квантового света». Однако эти устройства чрезвычайно чувствительны к температуре и погрешностям при производстве, что может нарушить стабильную генерацию квантового излучения.

Источник: Boston University

Для решения этой проблемы команда разработала интегрированную систему, которая активно стабилизирует квантовые источники на чипе. Встроенные фотодиоды контролируют выравнивание со входным лазером, сохраняя при этом генерацию излучения. Нагревательные элементы и управляющая логика на чипе постоянно регулируют резонанс в ответ на температурный дрейф. Это стало возможным благодаря совместному проектированию электроники и квантовой оптики как единой системы.

Ключевым моментом является встроенная обратная связь для стабилизации каждого источника, что обеспечивает предсказуемое поведение чипа, несмотря на изменения температуры и вариации при изготовлении. Чип был изготовлен на коммерческой 45-нанометровой платформе CMOS-микросхем.

Благодаря этому успеху, чипы подобного типа могут стать основой для технологий, начиная от защищённых коммуникационных сетей и заканчивая передовыми сенсорными системами и, в конечном итоге, инфраструктурой квантовых вычислений.