Điện toán lượng tử quang tử đang phát triển nhanh chóng-nhưng việc mở rộng nền tảng phần cứng đòi hỏi nhiều hơn sự đổi mới về qubit. Đặc biệt, khả năng kết nối sợi quang-với-chip đang nổi lên như một hạn chế về mặt kỹ thuật.
Máy tính lượng tử quang tử dựa vào mảng sợi đa kênh để ghép ánh sáng thành các mạch tích hợp quang tử (PIC). Ngay cả sự sai lệch ở quy mô nanomet-cũng có thể gây ra hiện tượng mất photon, làm giảm độ chính xác của vướng víu và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống. Mặc dù các mảng sợi thông thường được phát triển cho các ứng dụng dữ liệu và viễn thông cung cấp thông lượng cao nhưng chúng không được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về tổn thất cực thấp-của kiến trúc lượng tử. Khi ngành chuyển đổi từ nguyên mẫu nghiên cứu sang hệ thống thương mại ban đầu, độ chính xác của bao bì phải phát triển từ thách thức trong phòng thí nghiệm sang khả năng công nghiệp.
Lợi thế về độ chính xác mà việc căn chỉnh chủ động mang lại còn vượt xa cả các hệ thống lượng tử. Bất kỳ ứng dụng quang tử nào hoạt động với mức tiêu hao quang học eo hẹp-dù là dành cho liên lạc không gian, cảm biến quốc phòng, cơ sở hạ tầng dữ liệu hay viễn thông-được hưởng lợi trực tiếp từ suy hao chèn thấp hơn và tính đồng nhất của kênh-đến{4}}kênh chặt chẽ hơn. Đối với các ứng dụng cảm biến quang học tương tự, suy hao ghép nối giảm cho phép phát hiện các tín hiệu yếu hơn và sử dụng hiệu quả hơn toàn bộ băng thông laser, chẳng hạn như đi-ốt phát quang-siêu phát quang (SLED; được mô tả tương ứng trong hình bên dưới bên phải và bên trái). Tổn thất thấp hơn cũng có nghĩa là cần ít năng lượng truyền động laser hơn để đáp ứng ngân sách quang học nhất định: Laser chạy mát hơn, tạo ra ít nhiệt thải hơn và tồn tại lâu hơn. Kết quả là lượng tiêu thụ nhiệt nhỏ hơn, giảm chi phí làm mát và cải thiện tuổi thọ sản phẩm trên mọi phương diện.
Vượt ra ngoài sự liên kết thụ động
MicroAlign đã phát triển một nền tảng thao tác vi mô để chủ động căn chỉnh từng sợi riêng lẻ với độ chính xác ở cấp độ nanomet-. Mảng sợi truyền thống dựa vào vị trí thụ động vào các rãnh V{2}}chính xác, nơi dung sai cơ học tích lũy trên các kênh. Ngược lại, căn chỉnh chủ động sẽ điều chỉnh linh hoạt vị trí sợi trong quá trình lắp ráp, điều chỉnh độ lệch bước trước khi cố định vĩnh viễn. Cách tiếp cận này cho phép các mảng đa kênh được tối ưu hóa để giảm thiểu tổn thất chèn.
Khi các mục tiêu về hiệu suất được thắt chặt, tổn thất ghép nối quang-dưới 0,5 dB ngày càng được mong đợi trong các ứng dụng quang tử lượng tử và-cao cấp khác. Việc duy trì mức tổn thất như vậy một cách nhất quán trên khối lượng sản xuất không chỉ đòi hỏi độ chính xác mà còn phải kiểm soát quy trình lặp lại.
Mở rộng quy mô sản xuất để đáp ứng nhu cầu mới nổi
Để hỗ trợ công nghiệp hóa, MicroAlign đã nhận được Khoản tài trợ tăng tốc EIC trị giá 2,5 triệu euro (2,8 triệu đô la), bao gồm một thành phần vốn chủ sở hữu, để đẩy nhanh quá trình tự động hóa quá trình sản xuất mảng sợi-của chúng tôi. Khoản tài trợ này hỗ trợ mở rộng quy mô thông lượng sản xuất trong khi vẫn duy trì sản lượng ổn định,{4}}có chất lượng cao. Quá trình chuyển đổi này rất quan trọng khi các công ty điện toán lượng tử bắt đầu lên kế hoạch triển khai ở quy mô-lớn hơn. Mảng sợi không phải là hệ thống con cận biên trong máy tính lượng tử quang tử. Một hệ thống có quy mô lớn-có thể yêu cầu hàng nghìn mảng. Khi việc áp dụng tăng tốc, chuỗi cung ứng đáng tin cậy và có thể mở rộng có tầm quan trọng chiến lược.
Mật độ cao hơn và cao độ chặt chẽ hơn
Ngoài việc mở rộng quy mô thông lượng, chúng tôi còn giải quyết vấn đề về mật độ. Trong năm 2026, MicroAlign có kế hoạch giới thiệu thế hệ mảng sợi quang có độ chính xác cực cao-với bước kênh xuống tới 127 µm. Việc giảm cường độ cho phép đóng gói quang tử nhỏ gọn hơn và hỗ trợ mật độ I/O cao hơn trên các chip tích hợp. Khi các mạch quang tử kết hợp số lượng kênh ngày càng tăng, các mảng sợi dày đặc trở nên cần thiết để duy trì dấu chân có thể quản lý được và độ phức tạp định tuyến.
Căn chỉnh tích cực mang lại lợi thế trong các cấu hình dày đặc như vậy, trong đó các lỗi vị trí nhỏ có thể ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất quang tổng hợp trên nhiều kênh.
Ngoài các ứng dụng lượng tử
Mặc dù điện toán lượng tử là động lực chính nhưng nhu cầu về khả năng kết nối suy hao cực thấp-sẽ mở rộng sang nhiều miền quang tử tiên tiến khác-và cơ hội thương mại tại các thị trường này có thể cũng quan trọng không kém.
Trong chuyển mạch và định tuyến quang, bộ chuyển mạch hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và bộ chuyển mạch chọn lọc-bước sóng là thành phần cốt lõi của mạng có thể định cấu hình lại cho trung tâm dữ liệu và đường trục viễn thông. Các thiết bị này rất nhạy cảm với hiện tượng suy hao chèn: Cứ thêm 0,1 dB thiếu hiệu quả ghép nối ở giao diện sợi quang-với-chip sẽ trực tiếp làm xói mòn biên độ hệ thống và có thể buộc phải sử dụng bộ khuếch đại quang tốn kém hơn. Các mảng được căn chỉnh-hoạt động có khả năng liên tục đạt được các mục tiêu tổn thất dưới 0,5 dB cho phép các nhà thiết kế hệ thống nới lỏng các yêu cầu về bộ khuếch đại, giảm mức tiêu thụ điện năng và mở rộng phạm vi tiếp cận mà không cần bổ sung cơ sở hạ tầng.
Quang tử học phòng thủ và không gian là một trường hợp hấp dẫn không kém. Tất cả các thiết bị đầu cuối liên lạc quang học trong không gian, cảm biến LiDAR và trọng tải vệ tinh miễn phí đều yêu cầu hiệu suất ghép nối cao nhất có thể để hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện hạn chế về kích thước, trọng lượng và ngân sách điện năng (SWaP). Đối với những môi trường này, một phần decibel được lưu trên giao diện chip sợi quang-có thể chuyển trực tiếp sang hệ thống-nhỏ hơn, nhẹ hơn, phạm vi dài hơn. Tính đồng nhất về hiệu suất trên tất cả các kênh-dấu hiệu đặc trưng của các mảng-được căn chỉnh-đang hoạt động đặc biệt quan trọng đối với các mảng cảm biến đa kênh mà trong đó các biến thể kênh-sang-kênh có thể làm giảm độ chính xác của phép đo.
Đến năm 2029, MicroAlign đặt mục tiêu hỗ trợ một phần đáng kể các hệ thống điện toán lượng tử quang tử trên toàn thế giới bằng các mảng sợi có độ chính xác-siêu cao. Lộ trình của chúng tôi cũng nhắm đến các phân khúc phi lượng tử-đang phát triển nhanh chóng, bao gồm chuyển mạch quang, truyền thông mạch lạc, cảm biến và quang tử phòng thủ-trong đó các năng lực sản xuất chính xác tương tự sẽ giải quyết tốt-các nhu cầu cấp bách và đã có từ lâu của khách hàng.
Bao bì chính xác như một sự khác biệt cạnh tranh
Quá trình công nghiệp hóa liên kết tích cực phản ánh sự thay đổi rộng rãi hơn trong sản xuất quang tử. Mảng sợi quang đang phát triển từ các thành phần viễn thông thông dụng hóa thành các-hệ thống con được thiết kế chính xác tập trung vào hiệu suất hệ thống-trên điện toán lượng tử, cảm biến tiên tiến, truyền thông quang học và quang tử phòng thủ.
Các thị trường quang tử lượng tử và cao cấp- mới nổi đang xác định lại những kỳ vọng: độ chính xác cao độ ở thang đo nanomet-, suy hao ghép nối dưới 0,5 dB, mật độ kênh cao và khả năng tự động hóa có thể mở rộng. Việc đáp ứng đồng thời cả bốn yêu cầu này đòi hỏi phải xem xét lại các phương pháp lắp ráp.
Khi điện toán lượng tử quang tử chuyển sang triển khai thương mại, khả năng mở rộng của công nghệ đóng gói có thể cũng quan trọng như những tiến bộ trong kiến trúc qubit. Và đối với nhiều thị trường quang tử hiệu suất cao-không liên quan đến một qubit nào, bài học tương tự cũng được áp dụng. Trong một ngành mà mỗi phần nhỏ của decibel đều quan trọng, việc đóng gói chính xác không còn là một chi tiết nữa-mà đó là một lợi thế chiến lược.
