全球首見！跨領域團隊打造「三合一量子晶片」開啟量子科技新紀元

一支由波士頓大學、加州大學柏克萊分校及西北大學組成的頂尖研究團隊，成功將量子光源與控制電子元件整合至單一矽晶片上，這項突破性進展已發表於《自然電子》期刊。這款革命性晶片採用標準45奈米半導體製程，首次實現電子、光子與量子元件的三維整合，為量子科技發展樹立重要里程碑。

研究團隊開發的創新系統能穩定產生「糾纏光子對」——這些光粒子是量子運算、通訊與感測應用的核心元件。波士頓大學電機與電腦工程系副教授Miloš Popović指出：「這項成果雖是量子科技發展長路上的一小步，卻是關鍵突破，證明我們能在商用半導體廠實現可重複、可控的量子系統。」

西北大學量子光學先驅Prem Kumar教授強調：「這項跨領域合作正是將量子系統從實驗室推向產業化的關鍵。若沒有電子學、光子學與量子測量技術的完美結合，根本不可能達成。」

這款晶片最大的亮點在於內建「量子光源陣列」，每個單元尺寸不到1平方毫米。這些光源採用精密設計的微環共振器（與NVIDIA執行長黃仁勳近期提及的光學互連技術相同元件），能在晶片上穩定產生糾纏光子對。為克服溫度飄移與製程變異造成的失準問題，研究團隊首創「即時回饋控制系統」，透過整合光二極體與加熱元件，持續動態調整共振狀態。

主導量子測量的西北大學博士Anirudh Ramesh興奮表示：「最令人振奮的是我們實現了晶片內建的即時量子程式穩定控制，這對可擴充套件量子系統至關重要。」而負責光子元件設計的波士頓大學博士Imbert Wang則指出關鍵突破：「我們成功在商用CMOS平臺的嚴格限制下，滿足了量子光學的精密需求。」

這項技術採用的45奈米CMOS製程，原是波士頓大學、柏克萊分校與GlobalFoundries、Ayar Labs合作的成果。如今透過與西北大學的新合作，該製程不僅能應用於AI光學互連技術，更開創了可擴充套件矽基量子光學系統的新可能。

主導晶片設計的柏克萊博士Daniel Kramnik強調：「我們證明瞭複雜量子光學系統能完全整合在CMOS晶片中，這需要跨領域的緊密協作。」隨著量子光學系統日益複雜，這類晶片將成為量子通訊網路、先進感測乃至量子運算基礎設施的核心元件。

值得注意的是，參與研究的多位博士生已投身產業，分別加入PsiQuantum、Ayar Labs、Aurora及Google X等尖端科技公司，反映矽光子技術在AI運算與量子系統領域的蓬勃發展。這項研究獲美國國家科學基金會「半導體未來計劃」、Packard科學工程獎學金及Catalyst基金會支援。