اولین تراشه هیبریدی با قدرت تولید نور کوانتومی

گروهی از دانشمندان دانشگاه‌های بوستون، برکلی و نورث وسترن در آمریکا، موفق به ساخت یک تراشه هیبریدی قدرتمند و بسیار جالب شده‌اند که سه تکنولوژی پیشرفته الکترونیک (مدارهایی که با برق کار می‌کنند)، فوتونیک (مدارهایی که با نور کار می‌کنند) و کوانتوم روی آن قرار گرفته‌اند. در واقع این یعنی آن‌ها تراشه‌ای ساخته‌اند که می‌تواند همزمان از برق، نور و پدیده‌های کوانتومی برای پردازش کمک بگیرد.

تابحال این سه فناوری هیچ گاه در یک تراشه کنار هم قرار نگرفته بودند، چرا که برای استفاده از نور و کوانتوم، به تجهیزات بسیار بزرگ و گران قیمت در آزمایشگاه نیاز بود، اما حالا این دو فناوری در یک چیپ کوچک به طور هماهنگ باهم کار می‌کنند. اما این چیپ دقیقا چه کاری می‌کند؟

خب این تراشه جدید می‌تواند جفت‌های نوری کوانتومی یا همان correlated photons بسازد. به زبان ساده‌تر، نور معمولی از ذراتی به نام فوتون ساخته شده، در فناوری‌های کوانتومی، لازم است دو فوتون خاص تولید شود که با یکدیگر هماهنگی و همبستگی داشته باشند. در واقع اگر بخواهید رایانه‌های کوانتومی، رمزنگاری‌های بسیار قوی کوانتومی یا حسگرهای فوق حساس کوانتومی بسازید، باید بتوانید این فوتون‌های همبسته را تولید کنید. حالا تراشه جدید می‌تواند این فوتون‌ها را به صورت پیوسته و دقیق تولید کند، چیزی که تا پیش از این کار آسانی نبود.

این تراشه چطور ساخته شده است؟

به گفته scitechdaily، محققان برای ساخت این چیپ از یک فناوری قدیمی اما قدرتمند کمک گرفته‌اند، فناوری CMOS 45 نانومتری که همین حالا هم بسیاری از چیپ‌های معمولی در موبایل و لپ‌تاپ‌ها به کمک آن ساخته شده‌اند. خب مزیت این اتفاق چیست؟ حالا که این چیپ با فناوری قدیمی تولید شده یعنی همین حالا هم با امکانات کارخانه‌های معمولی می‌توان آن را به تولید انبوه رساند!

اما واقعا ساخت فوتون‌های کوانتومی درون یک چیپ کار راحتی نیست، برای ساخت نور کوانتومی از قطعه‌ای به نام حلقه میکرورزونانسی استفاده می‌شود، این حلقه سیلیکونی، نور را در خودش گیر می‌اندازد و باعث می‌شود فوتون‌هایی که از آن صحبت می‌کردیم، یا کمی علمی‌تر بگوییم، جفت‌های کوانتومی تولید شود. در حقیقت این حلقه‌ها حکم تولید کارخانه‌های تولید نور کوانتومی را دارند.

البته حلقه میکرورزونانسی بسیار حساس است و کوچک‌ترین تغییر دما یا نویز باعث می‌شود تنظیمات آن کاملا بهم بخورد و جفت کوانتومی تولید نشود. برای رفع این مشکل، دانشمندان یک سیستم هوشمند برای تراشه طراحی کرده‌اند که دائما حلقا را بررسی می‌کند و مجددا آن را تنظیم می‌کند. برای این کار از سه قطعه استفاده می‌شود. فتودیوها که حسگرهای نوری کوچکی هستند برای سنجش نور، هیترهای بسیار کوچک که اگر چیزی از تنظیم خارج شد، با گرمای خود دما را تنظیم کند و کنترلر داخلی. به این تکنولوژی پایداری آنی هم گفته می‌شود.

منتظر سیستم‌های کوانتومی روی میز کارمان باشیم؟

اینطور که محققان می‌گویند، تراشه ساخته شده در حد یک نمونه آزمایشگاهی نیست و از آنجا که با فناوری استاندارد CMOS ساخته شده، می‌توان همین حالا هم آن را در کارخانه‌های فعلی در مقیاس بالا تولید کرد. آن‌ها می‌گویند استفاده از این معماری کمک می‌کند تا نسل بعدی تراشه‌های کوانتومی جدا از آزمایشگاه‌ها، در صنایع، شبکه‌های مخابراتی و حتی رایانه‌های شخصی به کار گرفته شوند. با این توصیف، شاید بتوانیم تا چند سال دیگر، کامپیوترهایی با تراشه کوانتومی داشته باشیم.

ساخت تراشه 45 نانومتری که آینده کامپیوترهای کوانتومی خواهد بود/ اولین تراشه هیبریدی با قدرت تولید نور کوانتومی