Команда ученых из Бостонского университета, Калифорнийского университета в Беркли и Северо-Западного университета объявила о разработке первого в мире квантового электронно-фотонного чипа, интегрированного на одном кристалле.
Об этом сообщает ProIT
Технологический прорыв в создании квантовых микросхем
Уникальное устройство имеет размер всего 45 нанометров и содержит 12 независимых, синхронизированных квантовых источников света вместе со стабилизирующей электроникой. Такая архитектура позволяет генерировать надежные потоки коррелированных пар фотонов, что открывает новые возможности для создания масштабируемых квантовых систем, подобных «фабрике квантового света». Подобные системы потенциально могут состоять из большого количества идентичных микросхем, которые функционируют в единой сети.
«Квантовые вычисления, связь и сенсорика находятся на многолетнем пути от концепции к реальности. Это небольшой шаг на этом пути, но важный, поскольку он показывает, что мы можем создавать воспроизводимые квантовые системы, управляемые на промышленных предприятиях по производству полупроводников», — объясняет ведущий автор исследования с кафедры электротехники и вычислительной техники Бостонского университета Милош Попович.
Особенности конструкции и стабилизации чипа
Для обеспечения постоянного потока фотонов, необходимого для квантовых вычислений и связи, исследователи разместили на микросхеме 12 компактных «квантовых световых фабрик» — каждая имеет размер менее 1 миллиметра. Они питаются от лазера и генерируют коррелированные пары фотонов с помощью микрокольцевых резонаторов. Однако эти резонаторы очень чувствительны к температурным изменениям и производственным отклонениям, что может влиять на стабильность светового потока.
Чтобы избежать этих проблем, в чип интегрировали систему стабилизации резонаторов в режиме реального времени. Каждый резонатор оснащен фотодиодами для фиксации расхождений с входным лазерным излучением. Встроенные нагреватели и управляющая электроника постоянно корректируют температурные колебания, что позволяет сохранять синхронизацию даже при наличии внешних воздействий и рабочих отклонений.
Каждый резонатор сохраняет согласованность с лазерным сигналом даже при температурном дрейфе или влиянии соседних устройств. Благодаря встроенной обратной связи, чип демонстрирует предсказуемую работу, что чрезвычайно важно для дальнейшего масштабирования квантовых технологий. Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
Электронно-фотонная квантовая система на кристалле / Nature Electronics