来自波士顿大学（Boston University）、加州大学伯克利分校（UC Berkeley）和西北大学（Northwestern University）的研究团队开发出一项宛如科幻电影情节的技术：他们将一座“量子光源工厂”压缩到了面积仅1平方毫米的硅芯片上。这项采用标准45纳米CMOS工艺制造的突破性成果——该工艺也用于生产常规x86和ARM处理器——标志着量子硬件向大规模生产迈出了关键一步。发表于《自然-电子》杂志的这项研究，为无需特殊装置、仅依靠现有量产技术即可实现的规模化量子计算铺平了道路。
这款芯片堪称未来量子生产线的原型。它集成了12个被称为“微环谐振器”的硅制微型回路，每个都能产生具有特殊量子特性的光子对。这些光子对是众多量子技术的命脉，但传统制备方式需要精密的实验室设备。而此刻，它们正从这块指甲盖大小的芯片上源源不断地生成。
其革命性意义不仅在于产生量子光，更在于实现了光子的稳定输出。微环谐振器虽强大却敏感——细微的温度波动或制造偏差都会导致失调，中断光子流。为此，研究团队在芯片中植入了反馈系统：每个谐振器都配有微型光电二极管监测性能，同时集成微型加热器和控制电路进行实时调节。这种自调谐机制使得12个谐振器无需常规笨重的稳定设备就能完美同步工作。
波士顿大学副教授、论文资深作者之一米洛什·波波维奇（Miloš Popović）表示：“这虽是微小却至关重要的一步，它证明我们能在商用半导体代工厂构建可重复、可控的量子系统。”这才是真正的突破——这不仅是前沿实验室的尖端演示，更验证了量子芯片可以采用与制造CPU、GPU相同的工业技术生产。尽管量子计算远未达到当今标准半导体的成熟度，但这项研究让我们向目标更近了一步。
研究团队选择CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺具有颠覆性意义。作为现代电子工业的基石，台积电等企业正是用该技术量产从智能手机到超级计算机的所有产品。虽然采用的45纳米制程并非最新，但其成熟可靠、性价比高，且与现有硅基制造基础设施完美兼容。该芯片基于与GlobalFoundries和光学互连领域领军企业Ayar Labs共同开发的平台打造。
这种技术与人工智能领域的交集绝非偶然。英伟达（Nvidia）首席执行官黄仁勋（Jensen Huang）近期指出，此类微环谐振器正是通过光学连接扩展AI硬件规模的核心元件。新研究证明相同的光子技术也能开启规模化量子系统的大门，未来量子计算与AI硬件共享硅基平台的前景已清晰可见。鉴于英伟达在该领域的重金投入，技术发展必将加速推进。
“量子光源工厂”的命名绝非噱头。正如传统芯片依赖电子流、光网络需要激光源，未来量子技术也将要求稳定的量子光供给。通过证实量子光源可在硅基材料上构建、稳定并复制，研究团队展示了量子硬件摆脱单次实验局限、像传统计算设备般规模化生产的可能性。
部分研究人员已带着这项技术进入产业界，加入PsiQuantum、Ayar Labs和Google X等押注光量子技术的企业。这再次表明该领域正快速从学术研究转向实际应用，尽管某些产品可能更侧重趣味性而非革命性。
这项获得美国国家科学基金会“半导体未来”计划、帕卡德基金会和催化剂基金会支持的研究，展现了跨学科合作的惊人潜力。光子学、电子学与量子光学本属不同领域，但这枚芯片证明了它们能在商用平台上完美融合。
如果说英特尔4004微处理器开启了计算能力量产的时代，那么这块1平方毫米的量子光源工厂或许将成为量子硬件规模化的起点。曾经需要占据整个实验台的技术，如今已能集成于硅晶圆之上——这无疑是值得关注的飞跃。或许十年之后，我们将见证新一代“台积电”竞逐量子计算霸主地位，更何况相关操作系统已然问世。
