دانشمندان برای اولین بار تراشه‌ای با ادغام الکترونیک، فوتونیک و کوانتوم ساختند

تیمی از محققان برای اولین‌بار در جهان موفق شدند سه حوزه کاملاً متفاوت الکترونیک، فوتونیک (نور) و کوانتوم را بر روی یک تراشه سیلیکونی واحد ادغام کنند. این دستاورد بزرگ می‌تواند راه را برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر هموار کند.

فناوری‌های کوانتومی آینده، از کامپیوترهای قدرتمند گرفته تا شبکه‌های ارتباطی غیرقابل هک، به یک منبع پایدار از «نور کوانتومی» (جریان‌هایی از فوتون‌های همبسته) نیاز دارند. یکی از بهترین راه‌ها برای تولید این نور، استفاده از دستگاه‌های فوتونیک کوچکی به نام «تشدیدگرهای ریزحلقه» (Microring Resonators) است. اما یک مشکل بزرگ وجود دارد: این تشدیدگرها به شدت به تغییرات دما و خطاهای ساخت حساس هستند و با کوچک‌ترین تغییری از کار می‌افتند.

تا پیش‌ازاین، راه‌حل این مشکل استفاده از تجهیزات کنترلی بزرگ و حجیم در خارج از تراشه بود که مزیت اصلی این فناوری، یعنی کوچک‌بودن را از بین می‌برد. اکنون تیمی میان‌رشته‌ای از دانشگاه بوستون، دانشگاه کالیفرنیا برکلی و دانشگاه نورث‌وسترن این مشکل را حل کرده‌اند. آنها برای اولین‌بار موفق به ساخت یک «سیستم کوانتومی روی تراشه» (Quantum System-on-Chip) کامل شده‌اند.

تراشه هیبریدی کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

به گزارش SciTechDaily، محققان مدارهای الکترونیکی کنترلی را مستقیماً در کنار منابع نور کوانتومی بر روی همان تراشه سیلیکونی تعبیه کرده‌اند. در این سیستم جدید فتودیودهای یکپارچه به‌طور مداوم بر عملکرد تشدیدگرها نظارت می‌کنند. همچنین گرم‌کن‌های روی تراشه (on-chip heaters) و مدارهای منطقی، به‌صورت آنی و در پاسخ به هرگونه تغییر دما یا تداخل، تشدیدگرها را مجدداً تنظیم می‌کنند و آنها را پایدار نگه می‌دارند.

«آنیرود رامش» (Anirudh Ramesh)، از محققان اصلی این پروژه، می‌گوید: «چیزی که بیشتر از همه مرا هیجان‌زده می‌کند این است که ما کنترل را مستقیماً بر روی تراشه تعبیه کردیم. این یک گام مهم به سوی سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است.»

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های این دستاورد، فرایند ساخت آن است. این تراشه هیبریدی پیچیده، با استفاده از یک فرایند CMOS تجاری و استاندارد ۴۵ نانومتری ساخته شده است؛ همان فرایندی که برای ساخت تراشه‌های کامپیوترهای معمولی استفاده می‌شود. این امر نشان می‌دهد که می‌توان سیستم‌های کوانتومی قابل کنترل را در کارخانه‌های نیمه‌رسانا تجاری تولید کرد.

یافته‌های این پژوهش در مجله نیچر منتشر شده است.