معرفی دستاورد بزرگ در دنیای علم
تیمی از محققان برای اولین‌بار در تاریخ علم موفق شدند سه حوزه فناوری کاملاً متفاوت یعنی الکترونیک، فوتونیک (نور) و کوانتوم را در یک تراشه سیلیکونی واحد ادغام کنند. این دستاورد به‌عنوان یک نقطه عطف در تحقیقات علمی شناخته می‌شود و پتانسیل بزرگی در راه‌اندازی نسل جدیدی از کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر دارد.
نقش فناوری‌های کوانتومی در آینده
در آینده، تکنولوژی‌های کوانتومی می‌توانند دنیای کامپیوترها و ارتباطات را متحول کنند. از کامپیوترهای فوق‌قدرتمند تا شبکه‌های ارتباطی غیرقابل هک، تمامی این پیشرفت‌ها به منبعی پایدار از «نور کوانتومی» نیاز دارند. نور کوانتومی به جریان‌هایی از فوتون‌های همبسته اطلاق می‌شود که برای انجام محاسبات پیچیده و ارتباطات امن استفاده خواهند شد.
چالش‌های ایجاد نور کوانتومی
یکی از بهترین روش‌ها برای تولید نور کوانتومی، استفاده از دستگاه‌های فوتونیک کوچکی به نام «تشدیدگرهای ریزحلقه» است. این دستگاه‌ها به‌ویژه در سیستم‌های کوانتومی کوچک به‌کار می‌روند، اما با مشکلاتی روبرو هستند. حساسیت بالای این تشدیدگرها به تغییرات دما و خطاهای ساخت باعث می‌شود که حتی کوچک‌ترین تغییرات عملکرد آنها را مختل کند.
حل مشکل با سیستم‌های جدید
پیش از این، برای حل این مشکل، نیاز به دستگاه‌های کنترلی بزرگ و حجیم خارج از تراشه بود، که این امر مزیت‌های اصلی این فناوری یعنی کوچک بودن را از بین می‌برد. اما محققان این بار با طراحی یک سیستم نوین موفق به حل این چالش شدند. تیم تحقیقاتی دانشگاه‌های بوستون، کالیفرنیا برکلی و نورث‌وسترن به‌طور موفقیت‌آمیز این مشکل را رفع کردند و برای اولین‌بار توانستند یک «سیستم کوانتومی روی تراشه» کامل طراحی کنند.
نحوه عملکرد تراشه هیبریدی کوانتومی
در این سیستم جدید، مدارهای الکترونیکی کنترلی به‌طور مستقیم در کنار منابع نور کوانتومی بر روی تراشه سیلیکونی قرار گرفته‌اند. این امر به دستگاه این امکان را می‌دهد که به‌طور مداوم بر عملکرد تشدیدگرها نظارت کرده و در صورت لزوم آنها را تنظیم کند. یکی از نوآوری‌های اصلی در این فناوری، استفاده از گرم‌کن‌های روی تراشه (on-chip heaters) و مدارهای منطقی است که به‌صورت آنی تغییرات دما و تداخل‌ها را شناسایی کرده و تنظیمات لازم را انجام می‌دهند تا تشدیدگرها به‌طور پایدار کار کنند.
گامی به سوی سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر
«آنیرود رامش»، یکی از محققان اصلی این پروژه، در این‌باره می‌گوید: «آنچه که بیشتر از همه مرا هیجان‌زده می‌کند این است که ما توانستیم کنترل را به‌طور مستقیم بر روی تراشه پیاده‌سازی کنیم. این گامی مهم به سمت توسعه سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است.»
مزایای استفاده از فناوری CMOS
یکی از نکات برجسته این دستاورد، فرایند ساخت تراشه است. تراشه هیبریدی با استفاده از فرایند CMOS تجاری و استاندارد ۴۵ نانومتری ساخته شده است. این فرایند دقیقاً مشابه فرایندهایی است که برای تولید تراشه‌های کامپیوترهای معمولی به‌کار می‌رود. این موضوع نشان‌دهنده این است که می‌توان سیستم‌های کوانتومی قابل کنترل را در کارخانه‌های نیمه‌رسانا تجاری تولید کرد و آنها را به‌راحتی وارد خط تولید کرد.
نتیجه‌گیری و چشم‌انداز آینده
این تحقیق که نتایج آن در مجله نیچر منتشر شده است، نویددهنده پیشرفت‌های بزرگ در عرصه فناوری‌های کوانتومی است. اگر این دستاوردها به‌طور گسترده‌تری در صنعت نیمه‌رسانا پیاده‌سازی شوند، می‌توانیم شاهد ظهور کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر باشیم که قابلیت انجام محاسبات فوق‌العاده پیچیده و کاربردهای جدیدی در علوم مختلف خواهند داشت.
