Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, eine Quantenlichtquelle (Photonik) und eine elektronische Steuerschaltung auf demselben mikroskopischen Siliziumchip zu integrieren. Dieser nur 1 mm² große Chip ist in der Lage, Quantenphotonenpaare zu erzeugen und das Signal in Echtzeit anzupassen – ein Novum in der Mikrochip-Technologie.
Die bahnbrechende Arbeit wurde von einem interdisziplinären Team dreier führender Universitäten des Landes durchgeführt: der Northwestern University, der University of California – Berkeley (UC Berkeley) und der Boston University (BU). Der Chip wurde in einer kommerziellen Halbleitergießerei mit einem Standard-CMOS-Verfahren hergestellt, ähnlich der Technologie, die heute zur Herstellung universeller Computerchips verwendet wird.
Anstatt der sperrigen Geräte und speziell ausgestatteten Labore der Vergangenheit kann der neue Chip Quantenlicht durch die Integration mehrerer winziger Komponenten erzeugen und steuern: Ringresonatoren, photoelektrische Sensoren und thermische Rückkopplungsschaltungen. Wenn ein Laser auf die in die Chipoberfläche eingravierten Resonatorringe gerichtet wird, entstehen Photonenpaare mit verschränkten Quantenzuständen – die Grundlage der Licht-Qubits.
Im Gegensatz zu bisherigen Systemen, die temperaturempfindlich und störanfällig sind, kann sich dieser Chip dank eines integrierten Feedback-Mechanismus selbst kalibrieren. Sensoren überwachen kontinuierlich die Lichtquelle und senden Signale an die Heizung, um optimale Bedingungen zu gewährleisten. Dieser gesamte Prozess findet auf dem Chip statt, ohne dass externe Geräte erforderlich sind.
Noch wichtiger ist, dass der Chip im 45-nm-CMOS-Prozess hergestellt wird. Das bedeutet, dass keine spezielle Fabrik erforderlich ist, die Herstellungskosten niedrig sind und eine hohe Skalierbarkeit gewährleistet ist. Dies ist ein äußerst wichtiger Schritt für die Quantentechnologie, um aus dem experimentellen Umfeld herauszukommen und sie in Richtung einer großflächigen Kommerzialisierung zu entwickeln.
Die Kombination dreier Technologiebereiche – klassische Elektronik, Photonik und Quantentechnologie – die traditionell getrennt voneinander entwickelt wurden, schafft eine einheitliche und effiziente Architektur. Das Forschungsteam war von Anfang an an der Entwicklung des Chips beteiligt, um sicherzustellen, dass die Komponenten kompatibel sind und zusammenarbeiten, was zu einem präzisen und stabilen Chipbetrieb beiträgt.
Mit seinen herausragenden Vorteilen hinsichtlich Kompaktheit, Selbstbetriebsfähigkeit und einfacher Produktion wird dieser Quantenchip die Grundlage für zahlreiche praktische Anwendungen bilden: von abhörsicheren Kommunikationsnetzwerken über medizinische Sensoren der neuen Generation bis hin zu Quantenverarbeitungssystemen, die in Zukunft Supercomputer ersetzen können.
Dies ist auch ein Zeichen dafür, dass Quantencomputing allmählich die Grenze zwischen Forschung und Anwendung überschreitet. Der erfolgreiche Bau dieses Chips ist nicht nur ein technischer Meilenstein, sondern auch ein strategischer Schritt, um Quantentechnologien in die reale Welt zu bringen.
Quelle: https://khoahocdoisong.vn/con-chip-luong-tu-dau-tien-tu-tao-va-on-dinh-anh-sang-post1554962.html
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