商業鑄造中創建的第一個電子 – 光子量子芯片

根據這項研究，在可擴展量子技術領域，波士頓大學的科學家，加利福尼亞大學伯克利分校和北 – 西大學報告了世界上第一個電子光子 出版 v 自然電子場地

該系統結合了量子光源和電子設備的穩定，使用半導體生產的標準45納米過程，以創建相關的光子對（光顆粒）的可靠流 – 新量子技術的殺菌資源。初步為“量子輕型工廠”的大量芯片和大型量子系統鋪平了道路，由許多這樣的芯片創建。

BU電氣和計算機工程系副教授，研究的高級作者Milos Popovich說：“從概念到現實，量子計算，溝通和聲音都在很長一段方面。” “這是沿著這條路徑的一小步 – 但很重要，因為它表明我們可以在半導體的商業基礎中創建重複的，受控的量子系統。”

“這項工作所需的跨學科合作類型恰恰是將量子系統從實驗室移至可擴展平台所需的，” Northwater電氣和計算機技術教授Prime Kumar說。 “如果沒有集成在電子，光子學和量子測量方面的努力，我們將無法做到這一點。”

以與電子芯片為供電的方式相同的方式，以及帶有激光光的光學連接，未來的量子技術將需要恆定的量子光資源流以執行其功能。為了確保這一點，研究人員的工作在矽芯片上創建了許多“量子光工廠”，每個芯片的大小都小於毫米的毫米。

在芯片上創建量子態的量子狀態需要精確設計的光子設備 – 特別是微觀的諧振器（相同的設備 最近確定 NVIDIA Jensen Huang的總主任是通過光學關係的NVIDIA未來縮放量表的組成部分。

為了產生量子光流，應以相關光子對的形式進行諧振器，應配置諧振器與傳入的激光燈同步，該激光燈可以為芯片上的每個量子照明工廠提供（用作生成過程的燃料）。但是這些設備對溫度和製造的變化極為敏感，這可以將它們從同步中推出並破壞穩定的量子光的產生。

為了解決這個問題，該團隊建立了一個集成系統，該系統會積極穩定芯片上的量子光源 – 特別是矽的諧振器，該矽的諧振器會產生相關光子的流。每個芯片都包含十二個並行起作用的來源，即使在溫度漂移和來自附近設備的干擾的情況下，每個諧振器也應與傳入的激光同步，包括芯片上其他11個光子para的來源。

哲學博士Anirud Ramesh說：“最重要的是，我關心的是，我們直接將控制權直接在籌碼過程中實時整合到了一個量子過程中。”北部的學生進行了量子測量。 “這是邁向可擴展量子系統的關鍵一步。”

微碳化諧振器的極端敏感性，量子光源的構建塊是眾所周知的，既是祝福又是詛咒。這就是為什麼他們可以有效地在最小芯片區域產生量子光流動的原因。但是，溫度的小變化會破壞產生光子的過程。

由BU領導的團隊決定了這一點，將諧振器內部的光電二極管整合在一起，以跟踪與傳入激光的對齊，同時保持光的量子形成。加熱器和控制邏輯會因漂移而不斷調節共振。

“我們先前工作的關鍵任務是推動光子學的設計以滿足量子光學的要求，這是在CMOS商業平台上嚴格限制的框架內，”哲學博士Impert Van說。波士頓大學的一名學生，他領導了光子設備的設計。 “這使電子和量子光學元件作為單個系統的聯合開發。”

由於芯片使用內置反饋來穩定每個源，因此儘管溫度變化和製造的變化變化，它還是可以預見的，這是縮放量子系統的拱頂要求。它是在BU，UC Berkeley，UC Berkeley，Globalfoundries和Silicon Valley Startup Starter Labs之間密切合作開發的商業45納米互補半導體平台（CMOS）上製造的，該實驗室已從兩所大學的研究中發展起來，現在是光學關係領域的行業領導者。

得益於與北部扭轉過程的新合作，現在相同的生產過程現在不僅允許AI和超級計算機系統擴展光學化合物，而且如研究所示，在可伸縮的矽平台上複雜的量子光子系統。

“我們的目標是表明復雜的量子照片系統可以在CMOS芯片中完全構建和穩定，”哲學博士Daniel Kramnik說。加利福尼亞大學伯克利分校的一名學生領導了設計，包裝和整合。 “這需要在通常不會互相交談的領域中進行嚴格的協調。”

隨著量子光子系統在規模和困難方面的進展，這些芯片可以成為技術的基礎，從安全通信網絡到先進的聲音，最終是量子計算基礎架構。