Jöhet a tömegtermelésben készülő kvantumszámítógépek kora. Vagy nem. Mindenesetre a kvantum fénychip óriási tudományos áttörés.

Egy nemzetközi kutatócsoport áttörést ért el a kvantumtechnológia területén: a Bostoni Egyetem, a Kaliforniai Egyetem (Berkeley) és a Northwestern Egyetem szakemberei egy „kvantumfénygyárat” zsúfoltak be egy mindössze 1 mm²-es CMOS chipre. A kutatás eredményeit a Nature Electronics folyóiratban publikálták, és a fejlesztés egyértelműen azt jelzi: a kvantumhardverek világa közelebb kerülhet a tömegtermelés realitásához, mint valaha.

Mi az a kvantumfénygyár – és miért számít?

Az új chip 12 úgynevezett mikrogyűrűs rezonátort tartalmaz, amelyek kvantumfoton-párokat állítanak elő. Ezek a fotonok kvantumtechnológiák alapkövei, de eddig jellemzően nehezen kezelhető laboratóriumi környezetben készültek. A mostani fejlesztés újdonsága, hogy ezeket a fényforrásokat közvetlenül a szilícium chipre integrálták – méghozzá a szabványos 45 nm-es CMOS technológiával, amit a klasszikus processzorok gyártásánál is használnak.

A chip nem csak generálja a kvantumfényt, hanem képes azt stabilan és szinkronban tartani. Minden rezonátorhoz kapcsolódik egy apró fotodióda, amely figyeli a teljesítményt, valamint miniatűr fűtőelemek és vezérlőáramkörök biztosítják az automatikus hangolást – azaz a rendszer önszabályozó. Ez különösen fontos, hiszen a kvantumfényforrásokat gyakran nagyon érzékeny tényezők billenthetik ki működésükből.

CMOS + kvantum = jövőálló technológia

A chip gyártását a GlobalFoundries és az Ayar Labs végezte – utóbbi már ismert szereplő az optikai kapcsolatok és nagy teljesítményű AI-rendszerek világában. A CMOS technológia választása stratégiai: olcsó, széles körben alkalmazott, és tökéletesen illeszkedik a már meglévő félvezetőgyártási infrastruktúrához. Ez teszi lehetővé a kvantumchipek tömeges előállítását – egy lépéssel közelebb a kereskedelmi kvantumeszközökhöz.

„Ez egy kis lépés, de fontos. Megmutatja, hogy megismételhető, vezérelhető kvantumrendszereket tudunk építeni kereskedelmi félvezető öntödékben” – nyilatkozta Miloš Popović, a Bostoni Egyetem docense, a tanulmány egyik vezető szerzője.

Kvantumtechnológia és mesterséges intelligencia: közös úton

A chipben alkalmazott fotonikai technológia nemcsak a kvantumszámítógépekben, hanem a mesterséges intelligenciához kapcsolódó fejlesztésekben is kulcsszerepet játszhat. Jensen Huang, az Nvidia vezérigazgatója korábban épp a mikrogyűrűs rezonátorokat emelte ki mint a jövő AI-hardverének fontos elemeit. Az átfedés nem véletlen: a fotonikus architektúrák olyan gyors és energiahatékony adatkapcsolatot biztosítanak, amely nélkülözhetetlen lehet mind az MI, mind a kvantumtechnológia skálázásához.

Mi jön ezután?

A kutatók bebizonyították, hogy a kvantumfény nem csupán laboratóriumi kuriózum, hanem egy olyan eszköz, amit integrálni lehet az ipari szilíciumgyártásba. Ahogy a klasszikus számítástechnika az elektronokra, az optikai rendszerek pedig a lézerfényre épülnek, a kvantumtechnológiák kulcsa a stabil és megbízható kvantumfényforrás lehet. A most bemutatott chip pedig ennek az új korszaknak az előfutára.