Các nhà nghiên cứu đã đạt được một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực phần cứng lượng tử với việc tạo ra một con chip có khả năng tạo ra và duy trì ánh sáng lượng tử ổn định. Đặc biệt, con chip này được sản xuất bằng quy trình công nghệ CMOS 45 nm phổ biến, vốn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ xử lý như x86 hay ARM. Bên trong con chip này chứa 12 vòng silicon cực nhỏ, được gọi là “bộ cộng hưởng vòng vi mô”, mỗi vòng có khả năng tạo ra các cặp hạt ánh sáng (photon) với tính chất lượng tử đặc biệt. Đây là nền tảng cơ bản cho nhiều công nghệ lượng tử hiện đại.
Trước đây, việc tạo ra photon đòi hỏi phải sử dụng những thiết bị phòng thí nghiệm phức tạp và cồng kềnh. Tuy nhiên, con chip này không chỉ tạo ra ánh sáng lượng tử mà còn giúp duy trì sự ổn định của ánh sáng đó. Các bộ cộng hưởng vòng vi mô tuy mạnh mẽ nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhỏ trong nhiệt độ hoặc sai số trong quá trình chế tạo, khiến chúng hoạt động lệch pha và làm ngắt dòng photon.
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một cơ chế tự điều chỉnh được tích hợp ngay trên chip. Mỗi bộ cộng hưởng đều có một đi-ốt quang nhỏ để theo dõi hiệu suất hoạt động, cùng với bộ gia nhiệt siêu nhỏ và mạch điều khiển đi kèm, cho phép điều chỉnh tức thì khi có sai lệch. Nhờ hệ thống này, cả 12 bộ cộng hưởng có thể vận hành đồng bộ một cách ổn định mà không cần đến thiết bị ngoại vi cồng kềnh như trong các phòng thí nghiệm.
Đây là một bước tiến nhỏ nhưng có ý nghĩa rất lớn, cho thấy rằng hoàn toàn có thể xây dựng các hệ thống lượng tử ổn định và có thể lặp lại trong môi trường sản xuất công nghiệp. Con chip trong nghiên cứu này được phát triển cùng với GlobalFoundries và Ayar Labs, một công ty đi đầu trong công nghệ kết nối quang học phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI) và các hệ thống máy tính hiệu năng cao.
Việc con chip lượng tử này có điểm chung với thế giới AI không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Công nghệ quang tử cũng có thể mở ra hướng phát triển cho máy tính lượng tử ở quy mô lớn. Không khó để hình dung một tương lai nơi phần cứng AI và lượng tử cùng được sản xuất trên một nền tảng silicon chung. Thực tế, Nvidia cũng đang đầu tư mạnh vào lĩnh vực này, nên tốc độ phát triển trong thời gian tới có thể sẽ còn nhanh hơn nữa.
Khái niệm “nhà máy ánh sáng lượng tử” không chỉ là cách nói hình tượng. Giống như chip điện tử truyền thống cần dòng điện, hay mạng quang học cần ánh sáng laser, công nghệ lượng tử trong tương lai cũng sẽ cần nguồn ánh sáng lượng tử ổn định và đáng tin cậy. Bằng việc chứng minh có thể tạo ra và duy trì nguồn sáng này trực tiếp trên chip silicon, đồng thời có thể sao chép và sản xuất hàng loạt, nhóm nghiên cứu đã cho thấy phần cứng lượng tử hoàn toàn có thể vươn ra khỏi phòng thí nghiệm và bước vào sản xuất đại trà như cách mà máy tính truyền thống đã làm được.
