Ra mắt chip Electron – Photon – Quantum đầu tiên trên thế giới: Bước tiến lớn cho công nghệ lượng tử

A packaged circuit board containing the chip placed under microscope in probe station during an experiment. The first-of-its-kind silicon chip combines both the quantum light-generating components (photonics) with classical electronic control circuits — all packed into an area measuring just one millimeter by one millimeter.

[Tin tức] Chip Electron – Photon – Quantum đầu tiên trên thế giới ra đời – Bước đột phá cho tương lai lượng tử

Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Boston, Đại học California, Berkeley và Đại học Northwestern vừa tạo ra hệ thống chip tích hợp Electron – Photon – Quantum đầu tiên trên thế giới, theo công bố mới nhất trên tạp chí Nature Electronics.

Đây là lần đầu tiên một nguồn sáng lượng tử cùng với mạch điều khiển điện tử ổn định được tích hợp trong một chip duy nhất, sử dụng quy trình bán dẫn CMOS 45 nanomet tiêu chuẩn thương mại. Thành công này đánh dấu một bước tiến lớn trong việc đưa công nghệ lượng tử vào sản xuất quy mô lớn.

“Nhà máy ánh sáng lượng tử” trên một chip

Chip mới tích hợp các “nhà máy ánh sáng lượng tử” – cấu trúc chỉ khoảng 1 mm² – có khả năng tạo ra các cặp photon tương quan, một thành phần then chốt cho truyền thông và tính toán lượng tử.

Để đảm bảo hoạt động ổn định, nhóm nghiên cứu đã tích hợp bộ dò photon, bộ gia nhiệt, và mạch điều khiển logic ngay trên chip. Hệ thống này liên tục theo dõi và điều chỉnh cộng hưởng quang học theo thời gian thực, duy trì độ đồng bộ với tia laser bơm, bất chấp biến động nhiệt độ hay sai số sản xuất.

A close-up image of the chip. Because the chip uses built-in feedback to stabilize itself, it behaves predictably despite temperature changes and fabrication variations — an essential requirement for scaling up quantum systems. It also bypasses the need for large external equipment.

Phá vỡ giới hạn sản xuất lượng tử hiện nay

Việc tích hợp thành công hệ thống quang tử lượng tử vào nền tảng CMOS thương mại cho thấy khả năng sản xuất chip lượng tử trong các nhà máy bán dẫn hiện có, thay vì cần thiết bị chuyên dụng như trước đây.

Đây là kết quả của phương pháp đồng thiết kế hệ thống, trong đó các kỹ sư điện tử và quang tử làm việc sát cánh từ giai đoạn thiết kế để xử lý những giới hạn vật lý, nhiễu nhiệt và sai số chế tạo.

Ứng dụng rộng lớn trong tương lai

Với sự phát triển của các hệ thống lượng tử phức tạp, các chip tích hợp như thế này sẽ là nền tảng cho mạng truyền thông lượng tử an toàn, thiết bị cảm biến chính xác cao, và máy tính lượng tử thế hệ mới.

Thành công này mở ra một tương lai nơi công nghệ lượng tử không còn là nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, mà trở thành một phần trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu, góp phần định hình thế hệ thiết bị điện tử tiếp theo.