Doorbraak in Quantumtechnologie: Een Geïntegreerde Elektronisch-Fotonische Chip

Een interdisciplinair team van de universiteiten van Boston, Berkeley en Northwestern heeft een opmerkelijke prestatie geleverd door quantumlichtbronnen en elektrische controles te integreren in een enkele siliciumchip. Dit baanbrekende onderzoek, gepubliceerd in Nature Electronics, markeert de lancering van het eerste volledig geïntegreerde elektronisch-fotonische kwantumsysteem, vervaardigd met de standaard CMOS-technologie op 45 nanometer. Dit opent de deur naar een nieuwe generatie “schaalbare” quantumchips.

Een Miniatuur “Quantumlichtmaker”

De ontwikkelde chip functioneert als een netwerk van “fabrieken voor quantumlicht”, die in staat zijn om correlerende fotonparen uit te zenden. Dit is essentieel voor quantumcomputing, veilige communicatie en ultranauwkeurige sensoren. Elke bron beslaat slechts één vierkante millimeter en omvat silicium microring resonatoren, cruciale componenten die ook door Jensen Huang van NVIDIA zijn genoemd als fundamenten voor de toekomstige optische computing.

Technologische Uitdagingen Overwonnen

Het stabiliseren van deze resonatoren, die extreem gevoelig zijn voor thermische en fabricagevariaties, was een grote uitdaging. De onderzoekers hebben fotonische sensoren en thermische controlesystemen geïntegreerd rechtstreeks in de chip, waarmee ze in realtime de resonantie van elke quantumbron kunnen afstemmen. Elk chip is in staat om tot 12 fotonbronnen parallel te laten werken, zonder dat interne interferentie de synchronisatie verstoort.

Commerciële Fabricage: De Ware Sprong Voorwaarts

Deze chip is vervaardigd met een 45 nm CMOS-platform, ontwikkeld in samenwerking met GlobalFoundries en Ayar Labs. Dit toont aan dat quantumintegratie kan opschalen zonder afhankelijk te zijn van experimentele of laboratoriumprototypes. Volgens Miloš Popović van Boston University is deze mijlpaal “een kleine stap in de evolutie van kwantumsystemen, maar cruciaal, omdat deze is gerealiseerd met commerciële en reproduceerbare processen.”

Een Sterke Basis Voor Toekomstige Quantumtoepassingen

Hoewel deze chip nog geen functionele quantumcomputer is, markeert het een belangrijke stap in de bouw van kwantumsystemen: miniaturized, controleerbaar en schaalbaar vanaf het ontwerp. De impact kan zich uitstrekken van infrastructuren voor veilige communicatie tot essentiële componenten voor hybride quantumcomputingarchitecturen of precisiesensoren.

Bovendien hebben verschillende onderzoekers zich al aangesloten bij toonaangevende bedrijven zoals PsiQuantum, Ayar Labs en Google X, wat de groeiende invloed van siliciumfotonica op zowel kunstmatige intelligentie als geïntegreerde quantumcomputing benadrukt.

De doorbraak heeft steun gekregen van de National Science Foundation (NSF), het FuSe-programma over de toekomst van halfgeleiders, de Packard Foundation en de Catalyst Foundation. Dit versterkt het academisch-industriële ecosysteem dat zich inzet om quantumtechnologie van het laboratorium naar de markt te brengen.

Deze eerste elektronische- fotonische quantumchip markeert het begin van een nieuwe era: een waarin quantumcomputing kan worden opgeschaald met dezelfde technologische basis die de revolutie in kunstmatige intelligentie aandrijft.