ミシガン大学工学部が主導する研究コンソーシアムが、全米科学財団の国立仮想量子研究所設計コンペティションにおいて、400万米ドルのフェーズ2賞を獲得した。この2年間のプロジェクトは「量子フォトニック統合と展開(QuPID)」と題され、量子測定を専門的な実験室環境から現場対応可能なハードウェアへと移行させるプラグアンドプレイ型フォトニック回路を設計する9つの取り組みの1つとして選定された。設計段階が2028年に中核となる性能目標を達成した場合、チームは5年間で5000万米ドル相当のフェーズ3実装賞の候補となり、最終的な現場展開可能な量子チップの試作と製造を行う。
QuPIDのエンジニアリング・ロードマップは、赤外線以下から深紫外線にまたがるスペクトル全体で光を操作する超広帯域量子フォトニック集積回路(Q-PIC)の開発に焦点を当てている。現場での応用に必要なゼロ損失、高忠実度の操作、動作安定性を実現するため、ハードウェアアーキテクチャはフェーズ1で発見された新しい半導体材料であるスカンジウムアルミニウム窒化物(ScAlN)を利用している。この強誘電性III族窒化物材料は、従来のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスと本来的に統合可能でありながら、従来の量子基板を上回る性能を発揮する。同時に、チームはチップ上のスクイーズド光機能を最適化しており、フェーズ2期間中にノイズ低減ベンチマークを当初の3dBから5dBまで向上させ、長期的な運用目標として15dBを目指している。
コンソーシアムは、2つの主要なガイドスター応用を中心に、これらの基盤となるチップ設計を最適化している。1つ目は、GPS信号が物理的に利用できない深宇宙ミッション、月面探査、水中航行体に最適化された頑丈でコンパクトな量子航法サブシステムである。2つ目の応用は、マイクロエレクトロニクスプロセスや分子化学反応をアト秒(100京分の1秒)の精度で解析するために設計された量子「カメラ」である。これらの複雑な診断ツールをモジュール式で接続可能なチップコンポーネントに小型化することで、専用の光学テーブルや従来の測定機器で満たされた部屋を、携帯可能な商用グレードのマイクロハードウェアに置き換えることを目指している。
この学際的な取り組みには、学界、連邦防衛機関、商業航空宇宙メーカーにまたがる研究者が参加している。ミシガン大学以外では、学術ネットワークはオハイオ州立大学の光学科学研究所に大きく依存しており、2023年ノーベル賞受賞者のピエール・アゴスティーニ、ルイス・ディマウロ教授、アレクサンドラ・ランズマン、マイケル・チニによる貢献を含め、アト秒計測における世界をリードする専門知識を組み込んでいる。その他の主要な学術パートナーには、スタンフォード大学、ハーバード大学、パデュー大学が含まれる。製造上の制約に関する産業界からのフィードバックは、ハネウェル、ゼネラルモーターズ、トヨタ、TOPTICA Photonics、レイセオンを含む企業パートナーによって提供され、空軍研究所とNASAからの運用追跡も行われている。
技術プログラムの概要、ハードウェアのマイルストーン、参加機関のリストについては関連情報を、並行するNQVLプロジェクトの選定に関する補足データについても関連情報を参照できる。さらに、物理学部の教員が貢献した特定のアト秒計測および機関パートナーシップの指標についても関連情報で確認できる。
2026年7月2日
