这款新芯片配备微环谐振器、片上加热器和嵌入式控制逻辑，可实时管理 12 个同步量子光源。

为了向实用量子系统迈进，波士顿大学、加州大学伯克利分校和西北大学的研究人员制造出了世界上第一个集成电子-光子-量子芯片。

电子 - 光子 - 量子芯片是一种将电子技术、光子技术和量子功能深度集成在单一芯片平台上的创新器件，它打破了传统芯片在信息处理、传输和量子功能实现上的技术壁垒，是迈向实用化量子系统的关键突破。

电子 - 光子 - 量子芯片并非简单的技术叠加，而是通过精密设计实现三种组件的协同工作。

• 电子组件：基于传统半导体工艺（如 45 纳米 CMOS 技术），包括片上加热器、控制逻辑电路、光电二极管等，负责实时监测芯片状态（如温度、激光错位）、执行校准指令，并提供稳定的电力和信号调控，相当于芯片的 “控制系统”。
• 光子组件：以微环谐振器为核心，通过激光驱动产生、传输光子（光粒子），承担信息的高速传输功能，类似芯片的 “通信通道”。光子传输具有速度快、能耗低、抗干扰性强的特点，是连接量子功能与外部系统的关键。
• 量子组件：依托光子组件产生 “相关光子对”（量子纠缠或关联的光粒子），这些光子具有量子态特性（如叠加态、纠缠态），是实现量子计算、量子传感等量子功能的核心 “信息载体”。

该研究展示了一种使用标准 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融合的设备。

该芯片可以产生相关光子对流，这些光粒子对于未来的量子计算、传感和安全通信至关重要。

这是首次利用商业芯片制造技术构建如此复杂的系统。

波士顿大学副教授米洛什·波波维奇表示：“量子计算、通信和传感从概念到现实还有几十年的时间。”

“这是这条道路上的一小步，但却是重要的一步，因为它表明我们可以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，每个光源的面积不到一平方毫米。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。

谐振器对温度变化和制造差异极其敏感，这常常导致它们不同步并扰乱光流。

为了解决这个问题，该团队将实时控制系统直接嵌入到芯片上。

“最让我兴奋的是，我们将控制直接嵌入到芯片上，实时稳定量子过程，”领导此次量子测量的西北大学博士生阿尼鲁德·拉梅什 (Anirudh Ramesh) 说道。“这是迈向可扩展量子系统的关键一步。”

每个谐振器内部都集成了光电二极管，用于检测入射激光的错位，而片上加热器和控制逻辑则持续校正任何漂移。即使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。

标准芯片技术，非凡功能

为了使系统在严格的商业平台内运行，该团队必须重新思考量子和经典电子技术如何在芯片上共存。

领导光子器件设计的波士顿大学博士生 Imbert Wang 表示：“与我们之前的工作相比，一个关键的挑战是推动光子设计满足量子光学的苛刻要求，同时仍遵守商业 CMOS 平台的严格限制。”

该芯片采用最初由波士顿大学、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。

该平台以支持人工智能和超级计算互连而闻名，由于与西北大学的新合作，现在可以实现复杂的量子光子学。

“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，”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（Daniel Kramnik）表示。“这需要跨领域紧密协作，而这些领域通常彼此之间并不直接沟通。”

该项目的几名学生研究员已经转向工业界，继续在 PsiQuantum 和 Ayar Labs 以及Google X等初创公司从事硅光子学和量子计算工作。

这项工作得到了美国国家科学基金会、帕卡德奖学金和 GlobalFoundries 的支持。

电子 - 光子 - 量子芯片的出现，标志着量子技术从 “理论验证” 向 “工程化实现” 的关键跨越。

它证明了量子功能可以依托成熟的商用半导体工艺（如 CMOS）实现规模化生产，解决了量子器件 “依赖定制化设备、难以量产” 的核心难题；同时，通过电子 - 光子的协同调控，克服了量子系统的不稳定性，为构建可扩展、高可靠的量子网络铺平了道路。

未来，随着集成度的提升和工艺的优化，这类芯片有望成为量子科技与人工智能、超级计算等领域交叉融合的 “通用平台”，推动人类进入量子信息时代。

*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。

想要获取半导体产业的前沿洞见、技术速递、趋势解析，关注我们！