Quantum Sprong: ’s Werelds Eerste Hybride Kwantum‑Fotonische Chip

Onderzoekers van de University of California, Berkeley, Boston University en Northwestern University hebben een chip gebouwd waarop bronnen van gecorreleerde fotonparen en de elektronica voor hun regeling samenkomen. Het resultaat verscheen op 14 juli 2025 in Nature Electronics. Het is een demonstratie van geïntegreerde kwantumfotonica, geen volwaardige kwantumcomputer of bewijs dat grootschalige productie al is bereikt.

Waarom siliciumfotonica aantrekkelijk en lastig is

Fotonica gebruikt licht voor informatieverwerking en communicatie. Siliciumfotonica kan worden gemaakt met technieken uit de bestaande halfgeleiderindustrie. In theorie kan dat helpen om veel optische componenten compact te integreren. Kwantumbronnen op silicium reageren echter sterk op temperatuurverschillen, productietoleranties en warmte van naburige onderdelen. Eerdere opstellingen hadden vaak omvangrijke elektronica buiten de chip nodig om de bronnen stabiel te houden.

De nieuwe studie beschrijft een elektronisch-fotonisch kwantumsysteem dat in een commerciële 45-nanometer-CMOS-productielijn werd vervaardigd. De onderzoeksvraag was of de terugkoppeling voor kwantumlichtbronnen op dezelfde chip kon worden ondergebracht. CMOS is een productieplatform; de vermelding van 45 nm zegt niet op zichzelf hoeveel bruikbare qubits de chip bevat.

Twaalf lichtbronnen met regeling op de chip

De demonstratie gebruikt een reeks van twaalf bronmodules met microringresonatoren. Laserlicht voedt de ringen, die gecorreleerde fotonparen kunnen opwekken. Een ring moet nauwkeurig met de inkomende laser afgestemd blijven. Zelfs kleine thermische verschuivingen kunnen de productie van paren verstoren.

Daarom plaatsten de onderzoekers lichtgevoelige meetelementen, kleine verwarmingselementen en regelcircuits op de chip. De fotostroom biedt een manier om de afstemming te volgen zonder het kwantumproces ingrijpend te verstoren. De terugkoppeling corrigeert de resonantie wanneer temperatuur of naburige modules veranderingen veroorzaken. Het team liet zien dat de kwantumeigenschappen van de bronnen onder zulke omstandigheden stabiel bleven. De twaalf bronnen vormen geen twaalf volledig foutgecorrigeerde logische qubits.

Wat de proef wel en niet bewijst

De onderzoekers tonen dat elektronische regeling en kwantumoptica op een commercieel geproduceerd siliciumplatform kunnen samenwerken. Dat maakt het ontwerp relevant voor toekomstige kwantumcommunicatie, sensoren en informatieverwerking. Er zijn nog andere onderdelen nodig om een praktisch systeem met veel gekoppelde fotonen of foutcorrectie te bouwen. De chip is niet rechtstreeks vergelijkbaar met een algemene kwantumprocessor van bijvoorbeeld IBM.

Het onderzoek was een samenwerking tussen elektrotechniek, fotonica en kwantummetingen. Boston University beschrijft de proef als een belangrijke stap naar reproduceerbare kwantumlichtbronnen in een commerciële fabriek. Een stap naar schaalbaarheid is iets anders dan bewezen massaproductie of commerciële inzet.

IBM als afzonderlijke kwantumontwikkeling

IBM (IBM ) onderzoekt kwantumcomputers met een andere hardwareaanpak. Het bedrijf kondigde in juni 2025 zijn plan voor Starling aan: een fouttolerant systeem dat volgens de toenmalige routekaart in 2029 beschikbaar zou moeten zijn en 100 miljoen poorten op 200 logische qubits zou kunnen uitvoeren. Dit waren doelen voor de toekomst, geen reeds gerealiseerde prestaties in 2025. Ook Blue Jay, met een doel van 2.000 logische qubits op langere termijn, was een routekaartpunt.

Het IBM-plan en de fotonische chipstudie illustreren verschillende technische routes. Er is geen aanwijzing dat de nieuwe chip in Starling is ingebouwd of dat hij de financiële resultaten van IBM rechtstreeks beïnvloedt. Historische koerscijfers en momentopnamen van marktkapitalisatie uit het oorspronkelijke artikel zijn daarom weggelaten.

Recent IBM-nieuws

Conclusie

De proef toont een concrete oplossing voor het stabiliseren van meerdere bronnen van kwantumlicht op één CMOS-chip. Zij neemt een technische hindernis weg, maar laat nog geen grootschalige, fouttolerante kwantumcomputer zien. Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe de bronnen kunnen worden gekoppeld en hoe het systeem presteert buiten de demonstratieopstelling.

Bronnen

D. Kramnik en anderen, “Scalable feedback stabilization of quantum light sources on a CMOS chip”, Nature Electronics 8, 620–630 (2025); Boston University, 14 juli 2025; IBM, 10 juni 2025.