據(jù)外媒報道，美國西北大學、波士頓大學和加州大學伯克利分校的研究人員成功將光子量子系統(tǒng)集成到傳統(tǒng)電子芯片中。該芯片在商業(yè)半導體代工廠完成制造，標志著其已具備大規(guī)模生產(chǎn)能力。

這款據(jù)稱全球首創(chuàng)的硅基芯片，在僅1平方毫米的面積上同時集成了量子發(fā)光組件與經(jīng)典電子控制電路。其內(nèi)置智能電子系統(tǒng)能穩(wěn)定產(chǎn)生量子光源。這種光電一體化設計使單個芯片可穩(wěn)定產(chǎn)生光子對（光量子信息的基本編碼單元），滿足光量子通信、傳感與處理的需求。

實驗中被置于探針臺顯微鏡下的封裝電路板（內(nèi)含該量子芯片）。這款開創(chuàng)性的硅基芯片在僅1毫米×1毫米的面積上，首次實現(xiàn)了量子發(fā)光組件（光子學）與經(jīng)典電子控制電路的三維集成

該研究基于硅基量子光源的先前成果——通過將強光束照射至硅材料特制微通道可自然產(chǎn)生糾纏光子對。在新研究中，團隊將這些比發(fā)絲更細的環(huán)形微通道（微環(huán)諧振器）集成至芯片。當強激光照射這些環(huán)形結構時即產(chǎn)生光子對。為控制光源，團隊增設了光電傳感器作為微型監(jiān)測器：若溫度波動等因素導致光源漂移，傳感器將觸發(fā)微型加熱器使光子源回歸最佳狀態(tài)。

“實驗室量子設備通常需要龐大且潔凈的環(huán)境，”負責量子測量的西北大學研究員Anirudh Ramesh表示，“我們將這些電子元件微型化集成至單一芯片，實現(xiàn)了實時穩(wěn)定量子過程的電子控制，這是可擴展量子光子系統(tǒng)的重要突破。”

該芯片通過內(nèi)置反饋系統(tǒng)實現(xiàn)溫度波動與制造差異下的穩(wěn)定運行，既滿足量子系統(tǒng)擴展需求，又擺脫了大型外部設備的依賴。為確保能在標準CMOS工藝下生產(chǎn)，研究團隊采用巧妙設計策略：將光子組件直接構建于商業(yè)CMOS工廠現(xiàn)有的計算機芯片制造結構中。

“我們使光子學在商業(yè)CMOS平臺的嚴格限制下工作，”波士頓大學研究員Imbert Wang強調(diào)，“這實現(xiàn)了電子系統(tǒng)與量子光學的協(xié)同設計。”隨著量子光子系統(tǒng)規(guī)模擴大，此類集成量子芯片或?qū)⒊蔀閺陌踩ㄐ啪W(wǎng)絡到量子計算基礎設施的核心組件。

波士頓大學電子與計算機工程副教授、研究資深作者Miloš Popovic指出：量子計算、通信與傳感技術需數(shù)十年發(fā)展，但此項證明商業(yè)代工廠可制造可控量子系統(tǒng)的重要突破，標志著我們向現(xiàn)實應用邁出了關鍵一步。