محاسبات کوانتومی فوتونیک به سرعت در حال پیشرفت است-اما مقیاسگذاری پلتفرمهای سختافزاری به بیش از نوآوری کیوبیت نیاز دارد. اتصال فیبر-به-تراشه، به ویژه، به عنوان یک محدودیت مهندسی در حال ظهور است.
کامپیوترهای کوانتومی فوتونیک به آرایه های فیبر چند کاناله برای جفت کردن نور به مدارهای مجتمع فوتونی (PIC) متکی هستند. حتی ناهماهنگی در مقیاس نانومتر میتواند باعث از دست دادن فوتون، کاهش وفاداری درهم تنیدگی و تأثیر بر عملکرد کلی سیستم شود. در حالی که آرایههای فیبر معمولی توسعهیافته برای برنامههای دیتاکام و مخابرات، توان عملیاتی بالایی را ارائه میکنند، اما برای برآورده کردن الزامات تلفات بسیار کم-در معماریهای کوانتومی طراحی نشدهاند. همانطور که صنعت از نمونه های اولیه تحقیقاتی به سیستم های تجاری اولیه می گذرد، دقت بسته بندی باید از یک چالش آزمایشگاهی به یک قابلیت صنعتی تبدیل شود.
مزیت دقتی که تراز فعال ارائه می دهد فراتر از سیستم های کوانتومی است. هر برنامه فوتونیکی که با بودجه تلفات نوری محدود کار میکند-چه برای ارتباطات فضایی، سنجش دفاعی، دادهکام یا زیرساختهای مخابراتی{2}}مستقیماً از تلفات کمتر درج و کانال تنگتر-به-یکنواختی کانال سود میبرد. برای کاربردهای حسگر نوری آنالوگ، کاهش تلفات کوپلینگ، تشخیص سیگنالهای ضعیفتر و استفاده کارآمدتر از پهنای باند کامل لیزر، بهعنوان مثال، یک دیود ساطع کننده نور (SLED؛ به ترتیب در شکل زیر در سمت راست و چپ) را ممکن میسازد. تلفات کمتر همچنین به این معنی است که برای برآورده کردن یک بودجه نوری معین به قدرت درایو لیزر کمتری نیاز است: لیزرها خنکتر کار میکنند، گرمای اتلاف کمتری تولید میکنند و عمر طولانیتری دارند. نتیجه ردپای حرارتی کوچکتر، کاهش سربار خنک کننده و بهبود طول عمر محصول در سراسر صفحه است.
حرکت فراتر از تراز منفعل
MicroAlign یک پلت فرم ریز دستکاری برای تراز کردن الیاف جداگانه با دقت نانومتری- توسعه داد. آرایههای فیبر سنتی متکی به قرارگیری غیرفعال در شیارهای V{2}} دقیق هستند، جایی که تحملهای مکانیکی در کانالها جمع میشوند. در مقابل، تراز فعال، موقعیت فیبر را به صورت پویا در طول مونتاژ تنظیم می کند و انحرافات گام را قبل از تثبیت دائمی اصلاح می کند. این رویکرد آرایههای چند کانالی را قادر میسازد که برای حداقل تلفات درج بهینه شده باشند.
با فشرده شدن اهداف عملکرد، تلفات کوپلینگ نوری کمتر از 0.5 دسی بل به طور فزاینده ای در برنامه های کوانتومی و سایر کاربردهای فوتونیکی{2} رده بالا مورد انتظار است. حفظ چنین سطوح تلفات به طور مداوم در سراسر حجم تولید نه تنها به دقت، بلکه به کنترل فرآیند قابل تکرار نیاز دارد.
مقیاس تولید برای تقاضای نوظهور
برای حمایت از صنعتیسازی، MicroAlign 2.5 میلیون یورو (2.8 میلیون دلار) EIC Accelerator Grant، که شامل یک جزء سهام است، برای تسریع اتوماسیون تولید آرایه فیبر- ما تضمین کرد. بودجه از افزایش توان تولید پشتیبانی میکند و در عین حال خروجی با کیفیت بالا- را حفظ میکند. این انتقال بسیار مهم است زیرا شرکتهای محاسبات کوانتومی شروع به برنامهریزی برای استقرار-در مقیاس بزرگتر میکنند. آرایههای فیبر، زیرسیستمهای حاشیهای در رایانههای کوانتومی فوتونیک نیستند. یک سیستم در مقیاس بزرگ-میتواند به هزاران آرایه نیاز داشته باشد. با تسریع پذیرش، یک زنجیره تامین قابل اعتماد و مقیاس پذیر از نظر استراتژیک مهم است.
چگالی بیشتر و زمین تنگ تر
فراتر از مقیاس پذیری، ما به تراکم نیز می پردازیم. در طول سال 2026، MicroAlign قصد دارد نسل جدیدی از آرایههای فیبری با دقت فوقالعاده-با گامهای کانال تا 127 میکرومتر را معرفی کند. کاهش گام، بستهبندی فوتونیک فشردهتری را امکانپذیر میکند و از چگالی ورودی/خروجی بالاتر در تراشههای یکپارچه پشتیبانی میکند. از آنجایی که مدارهای فوتونیک افزایش تعداد کانال ها را در خود جای می دهند، آرایه های فیبر متراکم برای حفظ ردپای قابل کنترل و پیچیدگی مسیریابی ضروری می شوند.
تراز فعال در چنین پیکربندیهای متراکمی مزایایی را ارائه میکند، جایی که خطاهای موقعیتی کوچک میتوانند به طور قابلتوجهی بر تلفات نوری کل در چندین کانال تأثیر بگذارند.
فراتر از کاربردهای کوانتومی
اگرچه محاسبات کوانتومی یک محرک اصلی است، نیاز به{0}}اتصال بسیار کم از دست دادن به بسیاری از حوزههای فوتونی پیشرفته دیگر گسترش مییابد-و فرصت تجاری در این بازارها ممکن است به همان اندازه قابل توجه باشد.
در سوئیچینگ و مسیریابی نوری، سوئیچهای سیستمهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) و سوئیچهای انتخابی{0}}طول موج، اجزای اصلی شبکههای قابل تنظیم مجدد برای مراکز داده و ستون فقرات مخابراتی هستند. این دستگاهها به تلفات درج بسیار حساس هستند: هر 0.1 دسیبل ناکارآمدی کوپلینگ اضافی در رابط فیبر-به-تراشه مستقیماً حاشیه سیستم را از بین میبرد و ممکن است استفاده از تقویت نوری پرهزینهتر را مجبور کند. آرایههای فعال{6}}تراز شده با قابلیت ضربه زدن به اهداف تلفات زیر 0.5 دسیبل به طراحان سیستم این امکان را میدهد تا نیازهای تقویتکننده را کاهش دهند، مصرف انرژی را کاهش دهند و دسترسی را بدون زیرساخت اضافی افزایش دهند.
فوتونیک فضایی و دفاعی یک مورد به همان اندازه قانع کننده است. پایانههای ارتباطات نوری فضای آزاد، حسگرهای LiDAR و محمولههای ماهوارهای همگی به بالاترین راندمان ممکن کوپلینگ ممکن نیاز دارند تا تحت بودجههای محدود اندازه، وزن و توان (SWaP) به طور قابل اعتماد کار کنند. برای این محیطها، کسری از دسی بل ذخیره شده در رابط فیبر{3}}رایانه میتواند مستقیماً به یک سیستم کوچکتر، سبکتر و برد{4}}تر تبدیل شود. یکنواختی عملکرد در همه کانالها-یکی از مشخصههای آرایههای فعال-تراز شده-بهویژه برای آرایههای حسگر چند کاناله که در آنها تغییرات کانال-به{10}}کانال میتواند دقت اندازهگیری را کاهش دهد بسیار مهم است.
تا سال 2029، MicroAlign قصد دارد با آرایههای فیبری با دقت فوقالعاده{1} از سهم قابل توجهی از سیستمهای محاسباتی کوانتومی فوتونیک در سراسر جهان پشتیبانی کند. نقشه راه ما همچنین بخشهای غیرکوانتومی در حال رشد سریع، از جمله سوئیچینگ نوری، ارتباطات منسجم، حسگر، و فوتونیک دفاعی- را هدف قرار میدهد، جایی که همان قابلیتهای تولید دقیق نیازهای ثابت و فوری مشتریان را برطرف میکند.
بسته بندی دقیق به عنوان یک تمایز رقابتی
صنعتی شدن تراز فعال منعکس کننده یک تغییر گسترده تر برای تولید فوتونیک است. آرایههای فیبر از اجزای مخابراتی کالایی به زیرسیستمهای مهندسی شده دقیق-برای عملکرد سیستم-در محاسبات کوانتومی، سنجش پیشرفته، ارتباطات نوری و فوتونیک دفاعی تبدیل میشوند.
بازارهای در حال ظهور کوانتومی و{0}}فتونیک سطح بالا، انتظارات را بازتعریف میکنند: دقت گام در مقیاس نانومتر، تلفات کوپلینگ زیر 0.5 دسیبل، تراکم کانال بالا، و اتوماسیون مقیاسپذیر. ملاقات هر چهار به طور همزمان نیازمند بازنگری در روش های مونتاژ است.
همانطور که محاسبات کوانتومی فوتونیک به سمت استقرار تجاری حرکت می کند، مقیاس پذیری فناوری های بسته بندی ممکن است به اندازه پیشرفت در معماری کیوبیت حیاتی باشد. و برای بسیاری از بازارهای فوتونیک با عملکرد بالا که یک کیوبیت را شامل نمیشوند، همین درس صادق است. در صنعتی که هر کسری از دسی بل اهمیت دارد، بسته بندی دقیق دیگر جزییات نیست{3}}این یک مزیت استراتژیک است.
