电子-光子量子芯片在商业代工厂实现量产

据外媒报道，美国西北大学、波士顿大学和加州大学伯克利分校的研究人员成功将光子量子系统集成到传统电子芯片中。该芯片在商业半导体代工厂完成制造，标志着其已具备大规模生产能力。

这款据称全球首创的硅基芯片，在仅1平方毫米的面积上同时集成了量子发光组件与经典电子控制电路。其内置智能电子系统能稳定产生量子光源。这种光电一体化设计使单个芯片可稳定产生光子对（光量子信息的基本编码单元），满足光量子通信、传感与处理的需求。

实验中被置于探针台显微镜下的封装电路板（内含该量子芯片）。这款开创性的硅基芯片在仅1毫米×1毫米的面积上，首次实现了量子发光组件（光子学）与经典电子控制电路的三维集成

该研究基于硅基量子光源的先前成果——通过将强光束照射至硅材料特制微通道可自然产生纠缠光子对。在新研究中，团队将这些比发丝更细的环形微通道（微环谐振器）集成至芯片。当强激光照射这些环形结构时即产生光子对。为控制光源，团队增设了光电传感器作为微型监测器：若温度波动等因素导致光源漂移，传感器将触发微型加热器使光子源回归最佳状态。

“实验室量子设备通常需要庞大且洁净的环境，”负责量子测量的西北大学研究员Anirudh Ramesh表示，“我们将这些电子元件微型化集成至单一芯片，实现了实时稳定量子过程的电子控制，这是可扩展量子光子系统的重要突破。”

该芯片通过内置反馈系统实现温度波动与制造差异下的稳定运行，既满足量子系统扩展需求，又摆脱了大型外部设备的依赖。为确保能在标准CMOS工艺下生产，研究团队采用巧妙设计策略：将光子组件直接构建于商业CMOS工厂现有的计算机芯片制造结构中。

“我们使光子学在商业CMOS平台的严格限制下工作，”波士顿大学研究员Imbert Wang强调，“这实现了电子系统与量子光学的协同设计。”随着量子光子系统规模扩大，此类集成量子芯片或将成为从安全通信网络到量子计算基础设施的核心组件。

波士顿大学电子与计算机工程副教授、研究资深作者Miloš Popovic指出：量子计算、通信与传感技术需数十年发展，但此项证明商业代工厂可制造可控量子系统的重要突破，标志着我们向现实应用迈出了关键一步。