Учёные Бостонского университета, Калифорнийского университета в Беркли и Северо-Западного университета разработали первый электронно-фотонный квантовый чип. Это открытие способствует массовому производству квантовых чипов и формированию крупных квантовых систем из множества взаимодействующих чипов.
Система сочетает квантовые световые источники и стабилизирующие электронные компоненты с помощью стандартного производственного процесса на полупроводниках с током 45 нанометров. Благодаря этому удаётся получать надёжные потоки коррелированных пар фотонов — главного ресурса. Каждый чип содержит 12 таких источников, функционирующих одновременно, размером менее миллиметра на миллиметр, образуя своеобразные «фабрики квантового света».
Производство квантовых состояний света на чипе нуждается в высокоточных фотонных устройствах, например, микрокольцевых резонаторах. Такие резонаторы, по словам генерального директора Nvidia Дженсена Хуанга, важны для расширения вычислительных возможностей Nvidia с помощью оптики, должны синхронизироваться с лазерным светом, который обеспечивает каждую «фабрику квантового света». Но эти устройства очень чувствительны к температуре и производственным ошибкам, что может нарушить стабильное излучение.
Чтобы решить эту проблему, команда создала интегрированную систему, которая стабилизирует квантовые источники на чипе. Встроенные фотодиоды контролируют выравнивание со входным лазером, не прерывая генерацию излучения. Нагревательные элементы и управляющая логика регулируют резонанс в ответ на температурный дрейф. Такое достижение стало возможным благодаря совместному проектированию электроники и квантовой оптики как единого целого.
Встроенная обратная связь для стабилизации каждого источника – это ключевой момент, обеспечивающий предсказуемое поведение чипа при изменениях температуры и вариациях при изготовлении. Чип был произведен на коммерческой 45-нанометровой платформе CMOS-микросхем.
Благодаря этому успеху чипы такого типа могут стать основой для технологий, таких как защищенные коммуникационные сети, передовые сенсорные системы и инфраструктура квантовых вычислений.