Дүйнөнүн биринчи электрондук-фотондук кванттык чипи жасалды. АКШдагы Түндүк-Батыш, Бостон жана Калифорния Беркли университеттеринин окумуштуулар тобу өтө майда фотондук- кванттык системаны кадимки электрондук чипке алгачкы жолу бириктиришти.
Жаңы кремний чип бир эле учурда кванттык жарыкты чыгара турган бөлүктөрдү да, аны көзөмөлдөй турган кадимки электрониканы да камтыйт. Баары болгону 1 мм x 1 мм өлчөмдөгү аянтка батырылган. Башкача айтканда, чип кванттык жарыкты өзү чыгарып гана койбостон, аны дайыма туруктуу кармап туруучу акылдуу башкаруу тутумуна да ээ.
Бул фотондук-электрондук интеграция бир эле чипте фотондордун жуп агымын (жарык бөлүкчөлөрүн) ишенимдүү түзүүгө мүмкүнчүлүк берет. Алар – өнүгүү жолундагы кванттык технологиялар үчүн негизги ресурс жана кванттык маалыматты коддогон негизги бөлүкчөлөр болуп, оптикалык – кванттык байланышта, сенсорлордо жана маалыматты иштетүүдө маанилүү роль ойнойт.
Аталган технологиялык жетишкендик тууралуу Түндүк-Батыш (Northwestern) жана Бостон университеттери интернет баракчалары аркылуу кабарлашты.
Ал эми илимий изилдөөнүн өзү Nature Electronics журналында жарыяланган.
Чип коммерциялык жарым өткөргүч фабрикасында жасалгандыктан, аны ири көлөмдө чыгарууга мүмкүн экени да көрсөтүлдү.
Изилдөөнүн негизги жаңылыгы
«Кванттык эксперименттерди лабораторияда өткөрүү үчүн адатта чоң жана оор жабдуулар керек, алар болсо абдан таза шарттарды талап кылат. Биз ошол жабдуулардын көбүн кичирейтип, бир чипке батырдык. Эми чиптин ичинде кванттык процессти реалдуу убакытта туруктуу кармап туруучу электрондук башкаруу бар. Бул масштабдуу кванттык – фотондук системаларды түзүүгө болгон маанилүү кадам”,- деди Түндүк-Батыш университетинин илимпозу Анирудх Рамеш (Anirudh Ramesh)
“Биз электрондук, фотондук жана кванттык системаларды бир бүтүн чипке алгачкы жолу бириктирдик. Бул – чоң жетишкендик, анткени электрониканы жана фотониканы айкалыштыруу оңой эмес. Бул физиктердин, электр инженерлеринин, компьютер илимпоздорунун, материал таануучулардын жана өндүрүш адистеринин биргелешкен күч-аракети менен мүмкүн болду. Биздин чип эсептөөдө гана эмес, сенсорлордо жана байланыш тармактарында да жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачышы ыктымал”,- деп кошумчалады изилдөөнүн башкы авторлорунун бири Прем Кумар (Prem Kumar).
Кванттык оптика боюнча адис Кумар – Түндүк-Батыш университетинин МакКормик инженерия мектебинде электр жана компьютердик инженерия боюнча профессор. Университеттин Фотондук байланыш жана эсептөө борборун да жетектейт.
Чип кванттык жарыкты чыгарып, өзүн-өзү турукташтырат
Кремний чиптерин күнүмдүк электроника үчүн миллиарддаган транзисторлорду чыгарган жогорку көлөмдүү өндүрүш процесстери менен жасоого мүмкүн болгондуктан, алар – жарыкка негизделген кванттык системалар үчүн идеалдуу платформа.
Бирок, бул кичинекей кванттык – оптикалык түзүлүштөрдүн туруктуу иштеши учурда коммерциялык заводдордо стандарт болбогон мүмкүнчүлүктөрдү талап кылат.
Температуранын аз гана өзгөрүшү, көрүнбөгөн өндүрүштүк кемчиликтер жана компоненттердин өзү бөлгөн жылуулук да бүт кванттык системаны толук бузушу мүмкүн.
Бул чакан тербелүүлөрдү көзөмөлдөө, кванттык оптикалык түзүлүштөрдү туруктуу кармоо үчүн изилдөөчүлөр тышкы чоң жабдууларга таянышчу жана толук системаны кичирейтүү дээрлик мүмкүн эместей көрүнчү.
“Биздин максат – татаал кванттык – фотондук системаларды толугу менен CMOS (комплементардык металл-оксид жарым өткөргүч) чиптин ичинде куруп, туруктуу иштете ала турганыбызды көрсөтүү эле. Бул адатта бири-бири менен байланышпаган тармактарда бекем координацияны талап кылды”, – деди изилдөөгө Калифорниядагы Беркли университетинен катышкан Даниэлюс Крамник (Danielius Kramnik).
Кванттык – фотондук системалардын келечеги
Илимпоздор тобу татаал кванттык чипти да стандарттуу CMOS технологиясы менен чыгарууга мүмкүн болушун камсыз кылуу үчүн акылдуу дизайн стратегиясын колдонушкан.
Алар фотондук компоненттерди түз эле коммерциялык CMOS фабрикалар компьютер чиптерин чыгарууда колдонгон структураларга орнотушкан.
“Биз фотондук технологияны коммерциялык CMOS платформанын катуу чектөөлөрү ичинде иштете алдык. Муну менен электрониканы жана кванттык оптиканы бир бүтүн система катары долбоорлоого мүмкүн болду”,- дейт изилдөөгө Бостон университетинен катышкан Имберт Ванг (Imbert Wang).
Кванттык – фотондук системалардын масштабы жана татаалдыгы өсүп жаткан шартта, мындай интеграцияланган кванттык чиптер коопсуз байланыш тармактарынан баштап, өнүккөн сенсорлорго жана акырында кванттык эсептөө инфраструктурасына чейинки технологияларды куруунун негизги таянычы болушу мүмкүн.
“Кванттык эсептөө, байланыш жана сенсорлор концепциядан реалдуулукка чейин ондогон жылга созулган жолду басып өтүүдө. Биздин иш – ушул жолдогу кичинекей , бирок маанилүү кадам. Анткени, биз коммерциялык жарым өткөргүч заводдордо кайталануучу, башкарылуучу кванттык системаларды курууга боло турганын көргөздүк, – деди изилдөөнүн дагы бир улук автору, Бостон университетинин Электротехника жана компьютердик инженерия бөлүмүнүн доценти Милош Попович (Miloš Popović).
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Кванттык жарык – бул дискреттүү энергия бөлүктөрү катары, фотондор деп аталган бөлүкчөлөрдө көрүнгөн жарык же электромагниттик энергия. Бул концепция заманбап теориялык физиканын негиздөөчүлөрүнүн бири Альберт Эйнштейн тарабынан сунушталып, жарыкты туруктуу толкун катары караган классикалык түшүнүктү талашат. Анткени, жарыктын толкун жана бөлүкчө касиеттерин айкалыштырган эки табияты бар экенин көрсөтөт.
Комплементардык металл-оксид жарым өткөргүч (CMOS) – интегралдык схемаларды жана чиптерди өндүрүүнүн негизги жана стандарттуу технологиясы, ал электрондук схемаларды түзүү үчүн толуктоочу (комплементардык) транзисторлорду колдонот. CMOS технологиясынын негизги артыкчылыгы – аз энергия сарптоо менен жогорку ылдамдыкка жетүү мүмкүнчүлүгү жана ызы-чууга туруктуулугу.
Кванттык эсептөө (Quantum Computing) – бул кадимки компьютерлерге салыштырмалуу маалыматты башкача принциптер менен (кванттык физикага негизделип) иштеткен эсептөө технологиясы. Ал өтө татаал эсептөөлөрдү абдан тез чечүү мүмкүнчүлүгүнө ээ.
Кванттык – фотондук системалар – фотондорду (жарык бөлүкчөлөрүн) колдонуп кванттык маалыматты түзүү, башкаруу жана аныктоого мүмкүндүк берүү. Бул кванттык эсептөө, коопсуз байланыш (кванттык ачкычтарды бөлүшүү) жана жогорку тактыктагы сенсор сыяктуу технологияларды жаратууга шарт түзөт.
Шилтемелер:
- Маалымат макала Түндүк-Батыш жана Бостон университеттеринин https://news.northwestern.edu/stories/2025/07/first-electronic-photonic-quantum-chip-manufactured-in-commercial-foundry/, https://www.bu.edu/eng/2025/07/14/first-electronic-photonic-quantum-chip-created-in-commercial-foundry/ интернет баракчаларындагы материалдардын негизинде жазылды.
- Бул маалымат макалага негиз болгон изилдөө Nature Electronics журналында https://www.nature.com/articles/s41928-025-01410-5 жарыяланган.
- Сүрөт Түндүк-Батыш университетинин https://news.northwestern.edu/ интернет баракчасынан алынды.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
