گام بزرگ علم: قرارگیری کارخانه نور کوانتومی روی یک تراشه

به گزارش رکنا، دانشمندان دانشگاه‌های بوستون، برکلی و نورث‌وسترن موفق شده‌اند طرحی که تاکنون تنها در داستان‌های علمی‌تخیلی دیده می‌شد، به حقیقت نزدیک کنند. آن‌ها موفق به طراحی یک کارخانه نوری کوانتومی شده‌اند که تنها در ابعادی برابر یک میلی‌متر مربع ساخته شده است. این دستاورد با استفاده از همان فناوری تولید تراشه‌هایی مانند x86 و ARM، یعنی فرایند تولید CMOS با لیتوگرافی ۴۵ نانومتری، محقق شده است. چنین موفقیتی می‌تواند قدم بزرگی برای تولید انبوه سخت‌افزارهای کوانتومی در آینده باشد.

کارخانه‌ای که فناوری کوانتومی را متحول می‌کند

این کارخانه با هدف پیشروی به سوی ساخت خط تولید کوانتومی آینده طراحی شده و شامل ۱۲ حلقه سیلیکونی کوچک به نام رزوناتورهای حلقوی است. هر کدام از این رزوناتورها زوج فوتون‌هایی با ویژگی‌های کوانتومی خاص تولید می‌کنند که برای بسیاری از تکنولوژی‌های کوانتومی حیاتی هستند. برخلاف روش‌های سنتی که نیازمند تجهیزات حساس و پیچیده هستند، این فوتون‌ها به سادگی روی تراشه‌ای کوچک‌تر از ناخن انسان تولید می‌شوند.

پایداری خارق‌العاده در ابعاد مینیاتوری

اما تنها تولید نور کوانتومی نیست که این تراشه را متمایز می‌کند؛ بلکه نکته‌ی تحسین‌برانگیزتر این است که این تراشه قادر به پایداری و تثبیت نور کوانتومی نیز است. رزوناتورهای حلقوی به شدت به دمای محیط و ناهنجاری‌های تولید حساس هستند، اما دانشمندان توانسته‌اند با طراحی سیستم بازخورد داخلی شامل فتودیودهای کوچک و گرم‌کننده‌های مینیاتوری، آن‌ها را به صورت کاملاً پایدار تنظیم کنند. این نوآوری نیاز به تجهیزات بزرگ تثبیت‌کننده را از بین برده است.

میلوش پاپوویچ، یکی از نویسندگان اصلی این پروژه و استاد دانشگاه بوستون، اعلام کرده است که این دستاورد یک گام کلیدی و موثر در اثبات ساخت سیستم‌های کوانتومی قابل کنترل با استفاده از روش‌های صنعتی نیمه‌رسانا است. به اعتقاد او، این تنها یک آزمایش علمی نیست؛ بلکه نشانه‌ای از توانایی استفاده از فناوری ساخت تراشه‌های معمول در توسعه سخت‌افزارهای کوانتومی است.

نگاه به آینده‌ فناوری کوانتومی و هم‌گرایی با هوش مصنوعی

تکنولوژی CMOS به‌عنوان قلب تپنده‌ی اکثر دستگاه‌های الکترونیکی دنیا انتخاب شده است. استفاده از گره ۴۵ نانومتری که اگرچه پیشرفته‌ترین سطح نیست اما از نظر پایداری، هزینه و سازگاری با تولید انبوه بسیار کاربردی می‌باشد، نشان‌دهنده‌ی برنامه‌ریزی هوشمندانه تیم تحقیقاتی است. همکاری با دو شرکت بزرگ فناوری، GlobalFoundries و Ayar Labs، در ساخت این تراشه نقش بسزایی داشته است. این شرکت‌ها پیش‌تر در حوزه‌ی ارتباطات نوری فعالیت داشتند و در حال حاضر وارد عرصه فناوری کوانتومی شده‌اند.

به نظر می‌رسد این فناوری توان بالقوه‌ای برای انقلاب در فناوری‌های مرتبط با هوش مصنوعی داشته باشد. جنسن هوانگ، مدیرعامل انویدیا، به تازگی رزوناتورهای حلقوی را جزو ابزارهای حیاتی در توسعه سخت‌افزارهای نوری برای هوش مصنوعی معرفی کرده است. اکنون به نظر می‌رسد همین تکنولوژی امکان توسعه سامانه‌های کوانتومی در ابعاد وسیع را نیز فراهم می‌کند. شاید در آینده‌ای نزدیک، شاهد هم‌گرایی سخت‌افزارهای هوش مصنوعی و کوانتومی باشیم.

مسیر تولید انبوه سخت‌افزارهای کوانتومی هموار می‌شود

اصطلاح «کارخانه نور کوانتومی » به‌طور اختصاصی انتخاب نشده؛ این تراشه می‌تواند جریان پایدار نور کوانتومی را برای فناوری‌های آینده تامین کند. همان‌طور که تراشه‌های کلاسیک به جریان الکترون و شبکه‌های نوری به نور لیزر وابسته بودند، فناوری‌های کوانتومی آینده نیز نیازمند جریان پایدار فوتون‌های کوانتومی خواهند بود. ساخت و تثبیت این منابع نوری روی بستر سیلیکون، یک گام بزرگ در جهت تولید انبوه سخت‌افزارهای کوانتومی به شمار می‌رود.

این دستاورد علمی نه‌تنها به کمک آزمایش‌های آکادمیک خواهد آمد، بلکه می‌تواند راه را برای توسعه محصولات کاربردی و فراگیر در دنیای فناوری باز کند.