Сегодня 12 августа 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Электронно-фотонный квантовый чип впервые изготовили на обычном полупроводниковом заводе — массовое производство не за горами

GlobalFoundries сделала маленький шаг к масштабному производству квантовых платформ, включая процессоры. Впервые на обычной полупроводниковой линии её специалисты изготовили электронно-фотонный квантовый чип, сочетающий источник запутанных пар фотонов и блок управления этим источником. Сама электронная и квантовая схема была разработана учёными из трёх университетов США, появившись на свет после почти десяти лет кропотливой работы.

 Источник изображений: Northwestern University

Источник изображений: Northwestern University

Интегрированное полупроводниковое решение со встроенным квантовым источником света разработали исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University), Бостонского университета (BU) и Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley). Первый в своём роде кремниевый чип сочетает в себе компоненты, генерирующие квантовый свет (фотонику), с классическими электронными схемами управления — и всё это на площади всего один на один миллиметр. Таким образом, чип не только генерирует квантовый свет, но и имеет встроенную интеллектуальную электронную систему, обеспечивающую его стабильность.

Подобная фотонно-электронная интеграция позволяет одному чипу надёжно генерировать поток пар фотонов — базовых единиц, кодирующих квантовую информацию, необходимых для квантовой коммуникации, приёма и обработки света. Поскольку микросхема была изготовлена на коммерческой полупроводниковой фабрике компании GlobalFoundries, это свидетельствует о возможности её крупносерийного производства.

«Для квантовых экспериментов в лаборатории обычно требуется громоздкое оборудование и идеальные, чистые условия, — поясняют учёные. — Мы взяли большую часть этой управляющей электроники и поместили её в один чип. Теперь у нас есть чип со встроенным электронным управлением, который стабилизирует квантовый процесс в реальном времени. Это ключевой шаг на пути к созданию масштабируемых квантовых фотонных систем».

Открытие обещает привести к значительной трансформации квантовых вычислений, связи и датчиков. Современные решения для стабилизации квантовых состояний и управления ими требуют как особых условий — жёсткого экранирования и криогенных температур, — так и сложного оборудования, что затрудняет миниатюризацию и масштабирование. Незначительные изменения температуры, производственные дефекты и даже тепло, выделяемое самими компонентами квантовой схемы, могут полностью вывести из строя всю систему.

Базовый генератор запутанных пар фотонов учёные из Северо-Западного университета разработали и испытали ещё в 2006 году. Система работает на основе кольцевых резонаторов, в которые направляется сфокусированный пучок света. Резонаторы вытравливаются в кремнии, и, таким образом, их изготовление совместимо с КМОП-процессом, используемым для производства транзисторов и других компонентов чипа на той же подложке. При попадании концентрированного светового пучка в крошечные каналы соответствующей конструкции, вытравленные в кремнии, естественным образом генерируются пары фотонов. Эти пары неразрывно связаны и могут служить кубитами.

В новом исследовании команда учёных интегрировала крошечные кольцевые каналы, каждый из которых в несколько раз тоньше человеческого волоса, в кремниевый чип. Когда мощный лазер освещает эти каналы, называемые микрокольцевыми резонаторами, в них генерируются пары фотонов. Чтобы управлять светом, команда добавила фототоковые датчики, работающие как миниатюрные мониторы. Если источник света изменяет параметры из-за температурных колебаний или других помех (длину волны, интенсивность или фазу), датчики посылают сигнал на встроенный нагреватель, который возвращает источник фотонов в оптимальное состояние.

Поскольку для стабилизации чип использует встроенную систему обратной связи, его поведение остаётся предсказуемым несмотря на внешние воздействия и производственные отклонения, что крайне важно для масштабируемости. Это также позволяет обойтись без обилия внешнего оборудования.

Чтобы сложный квантовый чип можно было изготовить по стандартной КМОП-технологии, учёные применили продуманную стратегию проектирования: они встроили фотонные компоненты непосредственно в существующие структуры, которые уже используются на коммерческих фабриках для производства компьютерных чипов.

По мере роста масштабов и сложности квантово-фотонных систем такие интегрированные чипы могут стать основой для новых технологий — от защищённых сетей связи до передовых сенсоров и полноценной инфраструктуры квантовых вычислений.

«Квантовые вычисления, связь и датчики давно находятся на пути от концепции к реальности, — говорят авторы исследования. — Это небольшой, но важный шаг, потому что он показывает: мы можем создавать воспроизводимые, управляемые квантовые системы на коммерческих полупроводниковых заводах».

Непосредственно изготовление чипа стало возможным благодаря десятилетней работе GlobalFoundries по интеграции кремниевой фотоники в производство. В 2015 году компания начала сотрудничество со стартапом Ayar Labs, разработавшим технологии встраивания фотонных узлов в кремний.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Персонализация поиска Google стала по-настоящему персональной — теперь можно самому выбирать источники 2 мин.
Capcom устроит «эксклюзивный показ» Resident Evil Requiem на Gamescom: Opening Night Live 24 мин.
Microsoft прекратит поддержку Windows 11 23H2 Home и Pro уже в ноябре 2 ч.
ИИ в работе и учёбе: почему непозволительно отключать голову 2 ч.
Веб-камеры Lenovo превратили в хакерские мультитулы — через них можно даже тайно взламывать ПК 2 ч.
«Победа для разработчиков и потребителей»: Fortnite вернётся на iOS в Австралии 3 ч.
League of Legends вскоре получит WASD-управление — игра станет дружелюбнее к новичкам 3 ч.
Nvidia выпустила драйвер, добавляющий поддержку DLSS 4 в GTA V Enhanced и Senua’s Saga: Hellblade II Enhanced 4 ч.
Sk Capital вложит в Softline 5 млрд рублей — это одна из крупнейших сделок на рынке 5 ч.
Геймплейный трейлер раскрыл дату выхода Henry Halfhead — поучительного приключения про половину головы с умением вселяться в предметы 6 ч.
Учёные придумали невидимые для глаз световые водяные знаки для выявления дипфейков 2 ч.
Анонсирован смартфон Vivo V60 с оптикой Zeiss и ценой от $425 2 ч.
Мобильная графика Arm станет производительнее — в GPU встроят нейронные ускорители 3 ч.
Nvidia представила GeForce RTX 5090D V2: специальный флагман для Китая с урезанной памятью за те же деньги 3 ч.
Жаркая катка: видеокарта GeForce RTX 5090 вспыхнула во время игры в Battlefield 6 4 ч.
Supermicro представила 4U-сервер на базе NVIDIA HGX B200 с СЖО 4 ч.
Tesla запустила редкую рекламу своего автопилота, но пытается скрыть его несовершенство 4 ч.
Alibaba, ByteDance и другим китайским IT-гигантам придётся объясниться за закупки ИИ-ускорителей Nvidia H20 5 ч.
Китайские учёные отправили в Тибет робота-антилопу, который проследил за стадом настоящих 5 ч.
В России стартовали продажи Honor Choice Earbuds X7 Pro — наушников с ИИ-шумоподавлением и автономностью до 38 часов 5 ч.