Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Colorado Boulder (CU Boulder) και το Sandia National Laboratories παρουσίασαν μια επαναστατική εξέλιξη: ένα οπτικό phase modulator σε μέγεθος μικροτσίπ, σχεδόν 100 φορές λεπτότερο από τη διάμετρο ανθρώπινης τρίχας, που ελέγχει με ακραία ακρίβεια τις συχνότητες laser με πολύ λιγότερη ενέργεια από τα σημερινά ογκώδη συστήματα.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 8 Δεκεμβρίου 2025 στο Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-025-65937-z) με τίτλο «Gigahertz-frequency acousto-optic phase modulation of visible light in a CMOS-fabricated photonic circuit».
Τι κάνει αυτό το τσιπ τόσο σημαντικό;
Στα πιο υποσχόμενα συστήματα κβαντικής υπολογιστικής (όπως trapped ions ή trapped neutral atoms), κάθε qubit (η βασική μονάδα πληροφορίας) χειρίζεται με εξαιρετικά ακριβείς ακτίνες laser. Για να λειτουργήσει ένας κβαντικός υπολογιστής με χιλιάδες ή εκατομμύρια qubits, χρειάζονται χιλιάδες τέτοιες ακριβείς μετατοπίσεις συχνοτήτων laser – κάτι που σήμερα γίνεται με μεγάλα, ενεργοβόρα εργαστηριακά μηχανήματα που δεν μπορούν να κλιμακωθούν.
Το νέο τσιπ:
- Χρησιμοποιεί microwave-frequency μηχανικές δονήσεις (δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο) για να μεταβάλλει τη φάση του laser και να δημιουργεί νέες, σταθερές συχνότητες.
- Καταναλώνει περίπου 80 φορές λιγότερη ισχύ microwave από εμπορικούς modulators → παράγει πολύ λιγότερη θερμότητα, επιτρέποντας να τοποθετηθούν πολλά κανάλια δίπλα-δίπλα σε ένα μόνο τσιπ.
- Κατασκευάζεται εξ ολοκλήρου με standard CMOS fabrication (την ίδια τεχνολογία που παράγει επεξεργαστές για υπολογιστές, smartphones, αυτοκίνητα και οικιακές συσκευές) → μπορεί να μαζικοποιηθεί φθηνά και σε τεράστιες ποσότητες, χωρίς χειροποίητες συναρμολογήσεις.
Δήλωση του καθηγητή Matt Eichenfield (Karl Gustafson Endowed Chair in Quantum Engineering):
«Δεν πρόκειται να φτιάξεις κβαντικό υπολογιστή με 100.000 ογκώδεις electro-optic modulators σε αποθήκη γεμάτη οπτικά τραπέζια. Χρειάζεσαι πολύ πιο κλιμακούμενες μεθόδους κατασκευής, χωρίς χειροποίητες συναρμολογήσεις και με πολύ λιγότερη θερμότητα. Το CMOS είναι η πιο κλιμακούμενη τεχνολογία που έχει επινοήσει ποτέ ο άνθρωπος».
Ο Jake Freedman, incoming PhD student και lead author, τόνισε:
«Η δημιουργία νέων αντιγράφων laser με εξαιρετικά ακριβείς διαφορές συχνότητας είναι ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία για εργασία με atom- και ion-based κβαντικούς υπολογιστές. Αλλά για να γίνει σε κλίμακα, χρειάζεσαι τεχνολογία που παράγει αυτές τις συχνότητες αποδοτικά».
Επόμενα βήματα:
Η ομάδα (με επικεφαλής τον Jake Freedman, τον Matt Eichenfield και συνεργάτες όπως ο Nils Otterstrom από το Sandia) εργάζεται τώρα για πλήρως ολοκληρωμένα photonic circuits που θα συνδυάζουν παραγωγή συχνοτήτων, φιλτράρισμα και διαμόρφωση παλμών σε ένα τσιπ. Σύντομα θα συνεργαστούν με εταιρείες κβαντικής υπολογιστικής για να δοκιμάσουν τα τσιπ σε πραγματικά συστήματα trapped-ion και trapped-atom.
Αυτή η ανακάλυψη αφαιρεί ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια κλιμάκωσης και φέρνει πιο κοντά την εποχή των πραγματικά ισχυρών κβαντικών μηχανών που θα λύνουν προβλήματα αδύνατα για κλασικούς υπολογιστές.
Πηγή: University of Colorado Boulder press release, Nature Communications (2025) & σχετικές επιστημονικές δημοσιεύσεις.
