在量子計算與成像技術(shù)領(lǐng)域，一項突破性成果正引發(fā)廣泛關(guān)注。由MITRE公司、麻省理工學(xué)院、科羅拉多大學(xué)博爾德分校及桑迪亞國家實驗室聯(lián)合開展的“MITRE量子登月計劃”，成功研發(fā)出一款僅1平方毫米的光子芯片，其性能遠超傳統(tǒng)技術(shù)，為量子計算操控與成像領(lǐng)域帶來革新性解決方案。

該項目的核心挑戰(zhàn)源于量子計算的實際需求：要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全、藥物研發(fā)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，量子計算機需操控數(shù)百萬個量子比特，而傳統(tǒng)方法需同時控制數(shù)百萬束激光，技術(shù)難度極高?？蒲袌F隊通過圖像投影技術(shù)另辟蹊徑，發(fā)現(xiàn)這一方案不僅能解決量子操控難題，還可應(yīng)用于增強現(xiàn)實、生物醫(yī)學(xué)成像等多個領(lǐng)域。實驗中，芯片成功將《蒙娜麗莎》投影至比兩個人類卵細胞更小的區(qū)域，展示了其超高精度的成像能力。

“項目初期，我們從未設(shè)想會開發(fā)出顛覆成像領(lǐng)域的技術(shù)?！绷孔拥窃掠媱澵撠?zé)人之一、科羅拉多大學(xué)博爾德分校教授馬特·艾肯菲爾德表示。這款芯片每秒可投射6860萬個獨立光點（可掃描像素），性能是微機電系統(tǒng)（MEMS）微鏡陣列的50余倍。麻省理工學(xué)院訪問研究員溫亨利稱：“我們實現(xiàn)了衍射極限下的極致可掃描像素密度?！?/p>

芯片的微型懸臂陣列是其關(guān)鍵創(chuàng)新。每根微米級懸臂在電壓作用下可偏離芯片平面彎曲，形成類似“跳臺滑道”的結(jié)構(gòu)。光線通過波導(dǎo)沿懸臂傳輸，從頂端射出時，含氮化鋁的壓電材料層會因電壓伸縮，帶動懸臂在二維平面內(nèi)掃描光束。制造過程中，團隊利用材料內(nèi)部物理應(yīng)力特性，使懸臂自然彎曲約90度，并通過頂層二氧化硅條防止側(cè)向卷曲，確保彎曲方向精準(zhǔn)可控。

盡管懸臂設(shè)計看似復(fù)雜，艾肯菲爾德透露其制造過程“異常順利”。每根懸臂由數(shù)層亞微米材料堆疊而成，通過移除下方芯片層釋放材料應(yīng)力，實現(xiàn)自然彎曲。真正挑戰(zhàn)在于協(xié)調(diào)懸臂運動與光束時序，以實現(xiàn)圖像與視頻的精準(zhǔn)投射。MITRE公司研究員安迪·格林斯彭表示：“同步投射不同顏色、控制光點位置，需要解決無數(shù)技術(shù)細節(jié)。”目前，團隊已通過單根懸臂成功投射動畫片《查理·布朗的圣誕節(jié)》片段。

這款芯片的高光點投射速率，使其成為操控量子比特的理想工具。溫亨利解釋，量子計算機需規(guī)模化操控數(shù)百萬量子比特，而傳統(tǒng)方法需為每個量子比特配備獨立激光，成本與復(fù)雜度極高。新型芯片通過移動光束的特性，可用遠少于以往的激光數(shù)量實現(xiàn)對全部量子比特的控制，為可擴展量子計算機的研發(fā)鋪平道路。

除量子領(lǐng)域外，芯片技術(shù)還展現(xiàn)出跨行業(yè)應(yīng)用潛力。在3D打印領(lǐng)域，傳統(tǒng)工藝需單束激光掃描物體表面，耗時數(shù)小時；而新型芯片可同時發(fā)射數(shù)千束激光，將工序縮短至分鐘級。溫亨利還提到，通過調(diào)整懸臂形狀（如螺旋狀），可開發(fā)用于細胞生物學(xué)或藥物研發(fā)的芯片實驗室，通過激光掃描實現(xiàn)樣本成像或反應(yīng)激發(fā)。“只要構(gòu)想出有用結(jié)構(gòu)，我們就能嘗試實現(xiàn)。”他表示。