دانشمندان برای اولین بار موفق به ساخت تراشه‌ای کوانتومی شده‌اند که قطعات نوری فوتونیک و مدارهای کنترل الکترونیکی را روی یک چیپ سیلیکونی پیاده‌سازی کرده است. این تراشه که در یک کارخانه تجاری نیمه‌هادی تولید شده، گامی کلیدی برای ساخت سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر با قابلیت تولید انبوه محسوب می‌شود.
گروهی از دانشمندان دانشگاه‌های نورث‌وسترن، بوستون و برکلی موفق به ساخت یک سیستم کوانتومی فوتونیکی روی یک تراشه الکترونیکی سیلیکونی شده‌اند. این دستاورد گامی مهم در مسیر کوچک‌سازی و تولید انبوه فناوری‌های کوانتومی به شمار میرود.
این تراشه سیلیکونیِ منحصربه‌فرد، قطعات تولیدکننده نور کوانتومی را با مدارهای کنترل الکترونیکی کلاسیک در فضایی به ابعاد تنها یک میلی‌متر در یک میلی‌متر، ترکیب میکند.
یکپارچه‌سازی فوتونیک-الکترونیک به تراشه امکان می‌دهد تا به شکل قابل‌اطمینانی جفت فوتون‌هایی تولید کند که در حالت درهم‌تنیدگی کوانتومی با یکدیگر هستند. این جفت فوتون‌ها واحدهای پایه‌ای برای رمزگذاری اطلاعات کوانتومی هستند و در ارتباطات، حسگرها و پردازش مبتنی بر نور کوانتومی، نقش کیوبیت‌ها را ایفا می‌کنند.
حل یک چالش بزرگ: ادغام فوتون و الکترون روی یک تراشه
پریم کومار، یکی از نویسندگان ارشد این مقاله از دانشگاه نورث‌وسترن، می‌گوید:
ما برای اولین بار به یکپارچه‌سازی کامل الکترونیک، فوتونیک و کوانتوم دست یافتیم. این یک دستاورد بزرگ است، زیرا ترکیب الکترونیک و فوتونیک کار ساده‌ای نیست.
این موفقیت حاصل تلاش مشترک و بین‌رشته‌ای فیزیکدانان، مهندسان برق، دانشمندان کامپیوتر و متخصصان تولید تراشه‌های سیلیکونی بوده است.
به‌طور معمول، آزمایش‌های کوانتومی به تجهیزات بزرگ و حجیم در شرایط آزمایشگاهی کاملاً کنترل‌شده نیاز دارند. انیرود رامش، که هدایت بخش اندازه‌گیری‌های کوانتومی را بر عهده داشت، توضیح می‌دهد:
ما بسیاری از قطعات الکترونیکی مورد نیاز را کوچک کرده و روی تراشه قرار دادیم. اکنون تراشه‌ای با کنترل الکترونیکی داخلی داریم که فرایند کوانتومی را به شکل پایداری کنترل میکند.
تراشه‌ای با سیستم پایدارساز داخلی
یکی دیگر از بزرگ‌ترین چالش‌های کامپیوترهای کوانتومی فعلی آن است که کوچک‌ترین تغییرات دما، نقایص در فرایند تولید یا حتی گرمای تولید شده توسط خود قطعات می‌تواند عملکرد این نوع سیستم‌ها را کاملاً مختل کند. برای کنترل این نوسانات، محققان تاکنون به تجهیزات خارجی بزرگ متکی بودند که کوچک‌سازی این سیستم‌ها را را تقریباً غیرممکن می‌کرد.
در این تراشه جدید، کانال‌های حلقوی کوچکی به نام «تشدیدگرهای میکرورینگ» تعبیه شده‌اند که با تابش لیزر، جفت فوتون تولید می‌کنند. حسگرهای جریان نوری تعبیه شده روی تراشه در نقش یک حلقه فیدبک منفی عمل می‌کنند و اگر منبع نور به دلیل نوسانات دما دچار انحراف شود، حسگرها سیگنالی به یک هیتر کوچک ارسال کرده و منبع فوتون را به حالت بهینه بازمی‌گردانند.
در همین رابطه بخوانید:
- دانشمندان بزرگ‌ترین موانع در ساخت چیپ‌های فوتونیک را شکستند!
- ترانزیستور را فراموش کنید؛ مدارهای منطقی آینده با نور کار خواهند کرد
از آنجا که این تراشه از سیستم فیدبک داخلی برای پایدارسازی خود استفاده میکند، علی‌رغم تغییرات دما و نقایص احتمالی در فرایند ساخت، عملکردی پایدار دارد که از الزامات اساسی برای مقیاس‌پذیر کردن سیستم‌های کوانتومی به حساب می‌آید. همچنین، این طراحی هوشمندانه امکان تولید تراشه را با استفاده از فرایندهای استاندارد CMOS فراهم کرده و راه را برای تولید انبوده تراشه‌های کوانتومی هموار می‌سازد.
نتایج این پروژه در مجله معتبر Nature Electronics منتشر شده است.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت