突破！世界首个集成电子 - 光子 - 量子芯片问世

为了推动量子技术向实用化量子系统迈进，来自波士顿大学、加州大学伯克利分校和西北大学的研究团队取得了一项重大突破，成功制造出世界上第一个集成电子 - 光子 - 量子芯片。这一成果标志着量子技术领域的一个重要里程碑。

该研究展示了一款采用标准 45 纳米半导体工艺，在单一平台上将量子光源与稳定电子设备完美融合的芯片。此芯片能够产生相关光子对流，而这些光粒子对于未来的量子计算、传感以及安全通信等领域起着至关重要的作用。值得一提的是，这是首次运用商业芯片制造技术构建如此复杂的量子系统。

波士顿大学副教授米洛什・波波维奇指出：“量子计算、通信和传感从概念变为现实仍需几十年时间。但此次成果是这条漫长道路上虽小却关键的一步，它证明了我们能够在商业半导体代工厂中构建可重复、可控制的量子系统。”

每个芯片包含十二个独立的量子光源，每个光源面积不足一平方毫米，这些 “量子光工厂” 由激光驱动，并依靠微环谐振器产生光子对。然而，谐振器对温度变化和制造差异极为敏感，这往往会导致它们不同步，进而扰乱光流。为解决这一难题，研究团队将实时控制系统直接嵌入到芯片上。西北大学博士生阿尼鲁德・拉梅什表示：“将控制直接嵌入芯片以实时稳定量子过程，这是迈向可扩展量子系统的关键一步，令人倍感兴奋。”

每个谐振器内部集成了光电二极管，用于检测入射激光的错位，片上加热器和控制逻辑则持续校正任何漂移。即便在条件波动的情况下，这种反馈回路也能确保精密的量子光生成过程平稳运行。

为使系统能在严格的商业平台内运行，研究团队重新思考了量子和经典电子技术在芯片上的共存方式。波士顿大学博士生 Imbert Wang 称：“与之前的工作相比，关键挑战在于推动光子设计满足量子光学的苛刻要求，同时遵守商业 CMOS 平台的严格限制。”

该芯片采用由波士顿大学、加州大学伯克利分校、GlobalFoundries 和 Ayar Labs 共同开发的 45 纳米 CMOS 平台构建。此平台以支持人工智能和超级计算互连而闻名，通过与西北大学的新合作，如今能够实现复杂的量子光子学。加州大学伯克利分校负责芯片设计和封装的博士生丹尼尔・克拉姆尼克表示：“我们的目标是证明复杂的量子光子系统可以完全在 CMOS 芯片内构建和稳定，这需要跨领域的紧密协作。”

此外，该项目的几名学生研究员已投身工业界，在 PsiQuantum、Ayar Labs 以及 Google X 等初创公司继续从事硅光子学和量子计算相关工作。这项研究得到了美国国家科学基金会、帕卡德奖学金和 GlobalFoundries 的支持。

此次全球首颗量子光芯片的诞生，为量子技术的发展带来了新的曙光，有望在未来推动量子计算、传感和安全通信等领域取得更大的突破。