Siêu chip lai giữa quang tử, điện tử và lượng tử

Chip lai đầu tiên giữa quang tử, điện tử và lượng tử. Ảnh: Boston University.

Theo công trình nghiên cứu được công bố trên Nature Electronic, các nhà nghiên cứu từ Đại học Boston, UC Berkeley và Đại học Northwestern đã tạo ra một thành tựu đột phá khi biến một "nhà máy ánh sáng lượng tử" được thu nhỏ trên con chip silicon kích thước 1 mm2.

Đặc biệt hơn, con chip đặc biệt này được chế tạo bằng quy trình sản xuất CMOS 45 nm tiêu chuẩn — cùng loại được sử dụng cho các bộ xử lý phổ biến như x86 và ARM, giúp đưa phần cứng lượng tử tiến một bước gần hơn đến thế giới sản xuất hàng loạt.

Bên cạnh đó, đột phá này có thể mở đường cho điện toán lượng tử có thể mở rộng mà không yêu cầu các thiết lập riêng biệt, thay vào đó là vẫn dựa vào các kỹ thuật sản xuất hàng loạt.

Tom's Hardware ví con chip này như nguyên mẫu cho một dây chuyền sản xuất lượng tử trong tương lai, với 12 vòng silicon nhỏ, được gọi là "bộ cộng hưởng vi vòng".

Mỗi vòng hoạt động trong đó hoạt động như một máy phát các cặp photon với các tính chất lượng tử đặc biệt. Các cặp photon này là huyết mạch của nhiều công nghệ lượng tử, nhưng việc sản xuất chúng thường đòi hỏi các thiết lập phòng thí nghiệm mỏng manh. Với phát hiện mới này, chúng có thể được tạo ra trực tiếp trên một con chip chỉ bằng đầu ngón tay.

Ngoài ra, một chi tiết đáng chú ý là con chip không chỉ tạo ra ánh sáng lượng tử mà còn giúp giữ cho ánh sáng đó ổn định.

Các bộ cộng hưởng vi vòng rất mạnh mẽ nhưng lại không ổn định. Những thay đổi nhỏ về nhiệt độ hoặc các đặc tính sản xuất có thể làm chúng mất điều chỉnh và làm ngừng dòng photon.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống phản hồi trực tiếp vào con chip. Theo đó, mỗi bộ cộng hưởng sẽ có một điốt quang nhỏ để theo dõi hiệu suất, cùng với các bộ phận làm nóng thu nhỏ và mạch điều khiển điều chỉnh ngay lập tức.

Cách tiếp cận tự điều chỉnh này giúp tất cả 12 bộ cộng hưởng có thể hoạt động cùng nhau với sự đồng bộ hoàn hảo, mà không cần thiết bị ổn định cồng kềnh đi kèm.

"Đây là một bước nhỏ, nhưng quan trọng. Nó cho thấy chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng các hệ thống lượng tử ổn định và có thể lặp lại trong môi trường sản xuất công nghiệp”, ông Miloš Popović, Phó giáo sư tại Đại học Boston, và đồng tác giả của nghiên cứu chia sẻ.

Nguồn: https://znews.vn/sieu-chip-lai-giua-quang-tu-dien-tu-va-luong-tu-post1570960.html