Araştırmacılar Elektronik, Fotonik ve Kuantum Işığı Birleştiren İlk Çipi Geliştirmeyi Başardı
Boston Üniversitesi, UC Berkeley ve Northwestern Üniversitesi’nden araştırmacılar, elektronik, fotonik ve kuantum bileşenleri tek bir yonga üzerinde birleştirmeyi başardı. Nature Electronics dergisinde yayımlanan çalışma, yarı iletken üretim teknolojisiyle seri üretime uygun ilk “kuantum ışık fabrikası”nın geliştirildiğini ortaya koydu. Yeni yonga, kuantum bilgi işlem, iletişim ve algılama alanlarında önemli bir eşiği temsil ediyor.
Ticari Üretime Uygun İlk Kuantum Yonga Sistemi Geliştirildi
Araştırma ekibi, geliştirdiği yongada kuantum ışık kaynaklarını ve elektronik denetleyicileri 45 nanometrelik standart bir yarı iletken üretim süreciyle entegre etti. Bu yaklaşım sayesinde laboratuvar ortamına bağlı, el yapımı kuantum cihazları yerine ticari üretime geçilebilecek sistemler ortaya konulmuş oldu.
Geliştirilen yonganın merkezinde, her biri milimetreden küçük olan mikrohalkalı rezonatörler yer alıyor. Bu bileşenler, kuantum işlemler için kritik önemdeki çift fotonları üretiyor. Rezonatörler, lazer ışığına senkronize çalışarak foton üretse de sıcaklık değişimleri veya üretim kaynaklı küçük sapmalar kuantum süreci kolayca bozabiliyor.
Araştırma ekibi bu soruna karşı, rezonatörleri gerçek zamanlı olarak dengeleyen entegre bir kontrol sistemi geliştirdi. Yonga, her biri foton üretimini takip eden fotodiyotlara sahip 12 rezonatörü aynı anda çalıştırabiliyor. Yonga içindeki ısıtıcılar ve mantık devreleri, rezonatör performansını tehdit eden her durumda otomatik düzeltme uygulayabiliyor.
Northwestern Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Anirudh Ramesh, kuantum ölçümlerinde liderlik yaptı. Ramesh, yonga içi dengelemenin kuantum sistemlerin büyütülebilirliğine katkı sağladığını belirtti. Boston Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Imbert Wang ise fotonik tasarımdaki zorluklara değindi. Wang, kuantum optiğin katı CMOS platform gereksinimlerine uygun hâle getirilmesinin yüksek hassasiyetli ortak tasarım gerektirdiğini vurguladı. Elektronik ve kuantum optik sistemleri birlikte planlayan bu tasarım anlayışı, başarıda belirleyici oldu.
Geliştirilen sistem, GlobalFoundries ve Silikon Vadisi merkezli Ayar Labs gibi sanayi ortaklarının katkısıyla hayata geçirildi. Yonganın üretiminde kullanılan CMOS süreci, ticari elektroniklerde yaygın biçimde tercih edilen bir yöntem olmasıyla dikkat çekti.
Northwestern Üniversitesi’nden kuantum optiği alanının öncü isimlerinden Profesör Prem Kumar, projenin disiplinler arası doğasına dikkat çekti. Kumar, “Elektronik, fotonik ve kuantum ölçüm teknolojilerini bir araya getiren bu çalışma, laboratuvar dışına taşınacak kuantum sistemler için örnek bir model oluşturdu” açıklamasında bulunarak geleceğin tamamen değişeceğine işaret etti.
