Квантовое сердце в теле микрочипа. И оно уже бьётся — в миллионах копий

Исследователи из Бостонского университета, Калифорнийского университета в Беркли и Северо‑Западного университета представили первый в мире интегрированный электронно‑фотонно‑квантовый чип. Устройство объединяет квантовые источники света и управляющую электронику на одной платформе, созданной с применением стандартного 45‑нанометрового технологического процесса.

Разработка генерирует потоки связанных фотонных пар — ключевых компонентов для будущих квантовых вычислений, сенсоров и защищённых каналов связи. Важный момент: всё реализовано на базе коммерческих полупроводниковых мощностей, без привлечения экспериментальных производств. Это особенно значимо с учётом того, что квантовые фотоны открывают новые подходы к безопасной передаче данных.

Каждый модуль чипа содержит двенадцать независимых квантовых источников размером менее одного квадратного миллиметра. Их работа основана на лазерной активации и микрокольцевых резонаторах, формирующих пары запутанных фотонов.

Резонаторы чрезвычайно чувствительны: малейшие температурные колебания или производственные отклонения могут нарушить стабильность светового потока и вывести систему из равновесия. Чтобы устранить эти риски, учёные встроили в чип систему контроля в реальном времени. Она отслеживает параметры и мгновенно корректирует любые отклонения по ходу работы устройства.

Каждый резонатор оснащён фотодиодом, фиксирующим рассогласование при воздействии лазера. Встроенные микроподогреватели и управляющая логика автоматически компенсируют температурные сдвиги, обеспечивая стабильную генерацию фотонов вне зависимости от внешних условий.

Главный технологический прорыв — это успешное совмещение квантовых и классических компонентов в рамках массовой производственной технологии. Авторы проекта доказали, что такие решения можно серийно воспроизводить на обычных заводах.

По словам Даниэля Крамника из UC Berkeley, реализация потребовала тесной интеграции подходов из областей, которые редко пересекаются — фотоники и полупроводниковой электроники.

Платформа создавалась в партнёрстве с компаниями GlobalFoundries и Ayar Labs именно под стандарт CMOS 45 нм, ранее использовавшийся в ИИ-устройствах и суперкомпьютерных интерфейсах. Теперь он адаптирован под квантовые задачи. Несколько участников проекта уже работают в индустрии: они развивают фотонные и квантовые технологии в стартапах PsiQuantum, Ayar Labs и Google X — это определенно говорит о востребованности и прикладном потенциале полученных компетенций.

Проект финансировался Национальным научным фондом США, стипендиальной программой Паккарда и компанией GlobalFoundries — то есть он одинаково важен для академической науки и индустрии.

Представленная система — не лабораторный прототип, а доказательство того, что квантовые чипы могут производиться серийно. Это открывает путь к коммерциализации квантовых компонентов в течение ближайших лет.

Следующие задачи — снижение энергопотребления и уплотнение архитектуры. Всё, чтобы устройства можно было применить на практике: в оптических коммуникациях, датчиках и вычислительных системах нового поколения. Особенно это актуально в контексте постквантовой криптографии , поскольку квантовые технологии не только создают новые риски для существующих методов шифрования, но и предлагают кардинально новые способы защиты данных.