ชิปควอนตัมที่ทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง: การปฏิวัติทางโฟโตนิกส์เริ่มต้นจากแก้ว

1. บทนำ: รุ่งอรุณแห่งควอนตัมคือรุ่งอรุณสีแก้ว

คอมพิวเตอร์ควอนตัมถูกเรียกว่า "เครื่องคำนวณที่เปลี่ยนโลก" มานานแล้ว แต่แพลตฟอร์มที่มีอยู่เช่นตัวนำยิ่งยวดหรือกับดักไอออนต้องการอุปกรณ์อุณหภูมิต่ำมากหรือระบบสุญญากาศที่ซับซ้อน ซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานที่สูงเกินไป

อย่างไรก็ตาม ในเดือนกรกฎาคม 2025 ทีมวิจัย EU ที่มีศูนย์กลางในมิลาน ประเทศอิตาลี ได้ประกาศชิปควอนตัมโฟโตนิกที่ใช้เทคโนโลยีการเขียนด้วยเลเซอร์เพื่อเขียนเส้นทางนำแสงลงบนแผ่นแก้วโดยตรง สถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างมาก คิวบิตที่ทำหน้าที่ไม่ใช่อิเล็กตรอนหรือไอออน แต่เป็น**โฟตอน** มันทำงานที่อุณหภูมิห้อง สัญญาณถูกส่งด้วยความเร็วแสง และการสูญเสียพลังงานน้อยลงอย่างมาก นี่คือการบุกเบิกที่แท้จริงของ "รุ่งอรุณ"phys.org

2. โครงการ QLASS คืออะไร

การบุกเบิกนี้ถูกขับเคลื่อนโดยโครงการ QLASS (Quantum Glass-based Photonic Integrated Circuits) ที่นำโดย Politecnico di Milano (PoliMi) โดยมีมหาวิทยาลัย สถาบันวิจัย และสตาร์ทอัพ 11 แห่งจากอิตาลี ฝรั่งเศส และเยอรมนีรวมตัวกัน โครงการนี้ได้รับความสนใจอย่างมากจากการรายงานของนิตยสาร EU Research & Innovation "Horizon" วัตถุประสงค์ง่าย ๆ คือการทำให้โปรเซสเซอร์ควอนตัมโฟโตนิกที่ปรับเปลี่ยนได้มากกว่า 200 โหมดที่ทำจากแก้วเป็นจริงภายในปี 2026phys.org

บริษัทหลักคือสตาร์ทอัพจากอิตาลี Ephos บริษัทนี้เพิ่งเปิดโรงงานผลิตชิปควอนตัมแก้วแห่งแรกของโลกในชานเมืองมิลาน โดยได้รับการสนับสนุนจาก NATO DIANA และเงินทุน 8.5 ล้านดอลลาร์จาก VC ในยุโรปและอเมริกาreuters.com CEO อันเดรีย ร็อคเก็ตโต (Andrea Rocchetto) กล่าวว่า "วัสดุที่ดีที่สุดในการเก็บโฟตอนไม่ให้หลุดออกไปคือแก้ว" แก้วมีการสูญเสียแสงน้อยกว่าซิลิคอนถึง 10 เท่า และเนื่องจากทำงานที่อุณหภูมิห้องจึงไม่ต้องใช้เครื่องทำความเย็น การใช้พลังงานจึงต่ำกว่ามาก

3. แกนเทคโนโลยี: การเขียนด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที

เทคโนโลยีเฉพาะของ Ephos คือวิธีการ "เขียนโดยตรง" เส้นทางนำแสงสามมิติภายในแก้วด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที (10⁻¹⁵ วินาที) โดยใช้เลเซอร์ไททาเนียมแซฟไฟร์เพื่อปรับเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงในท้องถิ่นและแกะสลัก "เส้นทางแสง" ในระดับนาโนสเกล ในขณะที่โฟโตนิกส์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมถูกจำกัดด้วยการเดินสายแบบสองมิติ (2D) แก้วสามารถสร้างเส้นโค้งอิสระในแนวตั้งได้ ซึ่งทำให้สามารถเดินสายแบบสามมิติ (3D) ได้ ผลลัพธ์คือการขยายจาก 200 โหมด→400 โหมดในทางทฤษฎีสามารถทำได้เพียงแค่เปลี่ยนหน้ากากphys.org

เมื่อรวมกับ SNSPD (ตัวตรวจจับโฟตอนเดี่ยวแบบนาโนลวดตัวนำยิ่งยวด) ที่จัดหาโดย Pixel Photonics ของเยอรมนี จะมุ่งเน้นไปที่การตรวจจับโฟตอนเดี่ยวโดยไม่สูญเสีย นอกจากนี้ Unitary Foundation France ของฝรั่งเศสกำลังพัฒนา SDK ควอนตัมแบบโอเพ่นซอร์ส และกลุ่มมหาวิทยาลัยมงเปอลีเยร์กำลังทำการจำลองควอนตัมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โครงสร้างการแบ่งงานนี้เป็นภาพสะท้อนของ "การพึ่งพาตนเองของห่วงโซ่อุปทานภายในยุโรป" ที่ EU Chips Act ตั้งเป้าไว้phys.org

4. ทำไมต้องแก้ว — ความได้เปรียบทั้งด้านสิ่งแวดล้อมและต้นทุน

• การประหยัดพลังงาน: เนื่องจากทำงานที่อุณหภูมิห้อง จึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องทำความเย็นแบบเจือจางที่จำเป็นสำหรับชิปตัวนำยิ่งยวด (ค่าไฟฟ้าปีละกว่า 10 ล้านเยน)

• คาร์บอนต่ำ: การผลิตแก้วสามารถลดการปล่อย CO₂ ได้ 75% เมื่อเทียบกับกระบวนการก่อนหน้าของซิลิคอนwsj.com

• อัตราผลผลิต: เนื่องจากการเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรง ทำให้ขั้นตอนโฟโตลิโทกราฟีลดลงอย่างมาก และอัตราข้อบกพร่องก็ลดลง

• ต้นทุน: ตามที่ Ephos ระบุ ต้นทุนการผลิตต่อแผ่นฐานขนาด 12 นิ้ว เทียบเท่ากับโฟโตนิกส์ซิลิคอนเพียง 1 ใน 3

นอกจากนี้ เนื่องจากโฟตอนมีแนวโน้มที่จะเกิดการดีโคฮีเรนซ์ที่อุณหภูมิห้องน้อยกว่า จึงมีรายงานว่าสามารถลดค่าใช้จ่ายในการแก้ไขข้อผิดพลาดได้มากกว่า 20% แม้ว่าจะยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย แต่ก็มีวัสดุที่พร้อมจะผลักดันไปสู่ความเหนือกว่าควอนตัมในทางปฏิบัติ (เกณฑ์ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเหนือกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่เร็วที่สุด)

5. การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม: จากการออกแบบแบตเตอรี่ไปจนถึงการเร่งการอนุมาน AI

1. การจำลองแบตเตอรี่รุ่นต่อไป
   มหาวิทยาลัยมงเปอลีเยร์กำลังใช้วิธีการทางควอนตัมแบบแปรผัน (VQA) เพื่อแก้ไขเส้นทางการแพร่กระจายของลิเธียมและท้าทายการเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ โดยมีการยืนยันการเร่งความเร็ว 30 เท่าเมื่อเทียบกับคลาสสิกในชิปแสง 50 โหมดที่ติดตั้งในห้องปฏิบัติการ (จากเอกสารที่ยังไม่ได้เผยแพร่)

2. การค้นคว้ายา
   การใช้การแทรกสอดของโฟตอนเดี่ยวเพื่อเข้ารหัสแฮมิลโทเนียน คำนวณความแตกต่างของพลังงานของโมเลกุลต้านมะเร็งในระดับความแม่นยำ picochem

3. ตัวเร่ง AI
   การเพิ่มประสิทธิภาพทางคณิตศาสตร์ (QAOA) และพีชคณิตเชิงเส้น (อัลกอริธึม HHL) ถูกประเมินว่ามีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่า GPU ถึง 100 เท่า ซึ่งเชื่อมโยงโดยตรงกับการลดคาร์บอนของศูนย์ข้อมูลwsj.com

6. มองผ่าน SNS: "กระแสควอนตัมแก้ว"

"โครงการ QLASS เพิ่งได้รับเงิน 6 ล้านยูโรจาก EC เพื่อผลักดันชิปควอนตัมโฟโตนิกที่ทำจากแก้ว ยุโรปกำลังเล่นในจุดแข็งของตน! 🌍💡" ― The Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

"Politecnico di Milano ประสานงาน #QLASS เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติควอนตัมของโฟตอน ภูมิใจที่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการเดินทางนี้!" ― Politecnico di Milano 公式 (X)twitter.com

"Sviluppare un pc quantistico che funziona a temperatura ambiente: obiettivo QLASS." (การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องคือเป้าหมายของ QLASS) ― ANSA Scienza&Tecnica (X)twitter.com

"Ephos ที่ได้รับการสนับสนุนจาก NATO ระดมทุน 8.5 ล้านดอลลาร์เพื่อสร้างโรงงานผลิตโฟโตนิกควอนตัมที่ทำจากแก้วแห่งแรกของโลก การแข่งขันเพิ่งสว่างขึ้น!" ― Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

บน SNS การสนทนากำลังคึกคักด้วยแฮชแท็ก เช่น "#PhotonicChips" "#ClimateTech" และ "#DeepTechEU" โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากกลุ่มเยาวชนที่ให้ความสำคัญกับการลดคาร์บอน มีเสียงบวกมากมาย เช่น "ไม่มีเครื่องทำความเย็นคือพระเจ้า" และ "ยุคควอนตัม = อีโคมาแล้ว" ในขณะที่มีความกังวลว่า "แก้วจะเปราะหรือไม่?"

7. ความท้าทาย: การขยายขนาดและการมาตรฐาน

อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดคือ "การผลิตแหล่งโฟตอนเดี่ยวและตัวตรวจจับในปริมาณมาก" SNSPD ยังคงต้องการสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด ดังนั้นการพัฒนา SNSPD ที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องจึงเป็นเรื่องเร่งด่วน นอกจากนี้ แอปพลิเคชันควอนตัมจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อที่แน่นแฟ้นระหว่างชั้นอัลกอริธึมและชั้นฮาร์ดแวร์ หากการมาตรฐานของ API ซอฟต์แวร์ล่าช้า ระบบนิเวศจะถูกแบ่งแยก EU ตั้งเป้าหมายที่จะจัดหาชิปควอนตัม 20% ภายในภูมิภาคภายในปี 2030 แต่การบรรลุเป้าหมายนี้จำเป็นต้องมีโอเพ่นซอร์ส + การรวมสิทธิบัตร##