Proiecteaza-mi textual un procesor pe un bit la care toate unitatile functionale sunt sincronizate pe o frecventa foarte mare de ordinul 100GHz si in care principiul de functionare general se bazeaza pe fibra optica si interferenta quantica totul functionand la temperatura mediului ambiant si adaptat la sistemul de operare UBUNTU X64 24.04 LTS.

**Proiect – “One‑Bit Optical‑Quantum Processor (OQ‑1B)”**

*Conceptual design – text only*

---

## 1. Viziune generală

| Caracteristică | Descriere |

|----------------|-----------|

| **Arhitectură** | Un procesor *single‑bit* (unitate de calcul de 1‑bit) cu toate blocurile funcționale sincronizate la ≈ 100 GHz. |

| **Tehnologie de bază** | **Fotonică integrată** (waveguides pe Si‑on‑Insulator, SiN, sau InP) pentru transportul semnalului și **interferență cuantică** (gate‑uri bazate pe efectul Kerr, interferometre Mach‑Zehnder și cavity QED) pentru logica. |

| **Temperatură de operare** | Ambient (≈ 20‑25 °C) – se evită criogenia prin utilizarea materialelor cu coeficienţi de zgomot termic foarte mici (SiN, AlN) și prin designul “passiv‑cooled”. |

| **Integrare cu Ubuntu 24.04 LTS (x64)** | Interfață hardware‑software printr‑un driver kernel (PCI‑e/CCIX) și un set de instrucţiuni (ISA) expus prin **RISC‑V custom extension** (1‑bit ops). Un runtime în userspace (bibliotecă C/CPP) traduce apelurile POSIX în micro‑instrucţiuni. |

| **Scop** | Demonstrație de laborator pentru cercetare în calculul fotonic‑cuantic, nu un CPU de producție. |

---

## 2. Blocurile funcționale

```

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Clock Generator | ---> | Optical 100 GHz | ---> | Phase‑Locked Loop |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Instruction | ---> | Control Unit | ---> | Micro‑code ROM |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

+-------------------+ | Kerr cells) | +-------------------+

^ ^ ^

| | |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Memory Interface | ---> | Optical RAM (1‑bit) | --->| External I/O |

+-------------------+ | material) | +-------------------+

```

### 2.1. Clock – 100 GHz

* **Generator** – un VCO (Voltage‑Controlled Oscillator) electro‑optic pe bază de laser DFB (Distributed Feedback) cu modulație directă la 100 GHz.

* **Distribuție** – waveguides SiN cu 0.2 dB/cm, împărțite prin splitter‑e 1×N (N = număr de unităţi). Pentru a menține faza, se adaugă **delay‑lines** calibrate în fiecare ramură.

* **PLL** – un circuit foto‑electronic (PD‑PLL) închide bucla de fază cu jitter < 10 fs, suficient pentru logică cu interferență cuantică.

### 2.2. Unităţi de calcul – ALU 1‑bit

| Operare | Implementare fotonică | Principiu cuantic |

|---------|----------------------|-------------------|

| **XOR** | Interferometru Mach‑Zehnder cu două căi modulatoare (MZM) ce aplică 0/π fază pe baza intrărilor. | Coerența a două fotoni – interferența constructivă = 0, distructivă = 1. |

| **AND** | Cavity QED cu un atom cu niveluri Λ; doar când ambele fotoni sunt prezenţi se produce tranziție rezonantă → stare “1”. | Proiectarea unui **controlled‑phase gate** (CPHASE) prin interacţiune Kerr puternică. |

| **NOT** | MZM cu fază π constantă – inversează faza semnalului. | Flip‑flop cu un singur foton şi un “ancilla” în stare superpozită; măsurare proiectivă. |

Toate porţiile sunt realizate în **silicon‑photonic platform** (Si‑on‑SiO₂) cu **electro‑optic modulators** (LiNbO₃ thin‑film) pentru controlul rapid al fazei.

### 2.3. Registre şi memorie

* **Registre intermediare** – bucle de întârziere optice (optical delay lines) de 10 ps (≈ 1 mm pe SiN). Starea 0/1 este codificată prin prezenţa/absenţa unui impuls de 10 fs la 1550 nm.

* **RAM 1‑bit** – celule de **phase‑change material (PCM)** (Ge₂Sb₂Te₅) încorporate în waveguide. Un impuls de scriere schimbă indicele de refracție → „0” sau „1”. Citirea se face prin interferență cu un pilot‑tone.

* **Acces** – interfață PCIe‑e (Gen 5) converteşte tranzacţiile de la CPU‑x86 în pachete optice pe fiber. Un **PHY** opto‑electric (laser + photodetector) traduce semnalele electrice în impulsuri fotonice și invers.

### 2.4. Control Unit (CU)

* FSM (Finite‑State‑Machine) implementat cu **interferometre cu stare stabilă** (Sagnac loops). Intrările sunt semnale de control (clock, opcode, flag‑uri) şi ieşirile sunt semnale de control pentru MZM‑uri şi modulatoare Kerr.

* Se foloseşte **RISC‑V custom extension** `X1B` (1‑bit opcodes) pentru a permite compilatoarelor să genereze cod pentru acest procesor. Instrucţiunile tipice: `XOR R1,R2,R3`, `AND R4,R5,R6`, `NOT R7,R8`.

**Proiect – “One‑Bit Optical‑Quantum Processor (OQ‑1B)”**

*Conceptual design – text only*

---

## 1. Viziune generală

| Caracteristică | Descriere |

|----------------|-----------|

| **Arhitectură** | Un procesor *single‑bit* (unitate de calcul de 1‑bit) cu toate blocurile funcționale sincronizate la ≈ 100 GHz. |

| **Scop** | Demonstrație de laborator pentru cercetare în calculul fotonic‑cuantic, nu un CPU de producție. |

---

## 2. Blocurile funcționale

```

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Clock Generator | ---> | Optical 100 GHz | ---> | Phase‑Locked Loop |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Instruction | ---> | Control Unit | ---> | Micro‑code ROM |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

+-------------------+ | Kerr cells) | +-------------------+

^ ^ ^

| | |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Memory Interface | ---> | Optical RAM (1‑bit) | --->| External I/O |

+-------------------+ | material) | +-------------------+

```

### 2.1. Clock – 100 GHz

* **Generator** – un VCO (Voltage‑Controlled Oscillator) electro‑optic pe bază de laser DFB (Distributed Feedback) cu modulație directă la 100 GHz.

* **Distribuție** – waveguides SiN cu 0.2 dB/cm, împărțite prin splitter‑e 1×N (N = număr de unităţi). Pentru a menține faza, se adaugă **delay‑lines** calibrate în fiecare ramură.

* **PLL** – un circuit foto‑electronic (PD‑PLL) închide bucla de fază cu jitter < 10 fs, suficient pentru logică cu interferență cuantică.

### 2.2. Unităţi de calcul – ALU 1‑bit

| Operare | Implementare fotonică | Principiu cuantic |

|---------|----------------------|-------------------|

| **NOT** | MZM cu fază π constantă – inversează faza semnalului. | Flip‑flop cu un singur foton şi un “ancilla” în stare superpozită; măsurare proiectivă. |

Toate porţiile sunt realizate în **silicon‑photonic platform** (Si‑on‑SiO₂) cu **electro‑optic modulators** (LiNbO₃ thin‑film) pentru controlul rapid al fazei.

### 2.3. Registre şi memorie

### 2.4. Control Unit (CU)

---

## 3. Interfaţa cu Ubuntu 24.04 LTS

### 3.1. Driver kernel (C)

```c

/* oqr1b.c – driver pentru OQ‑1B */

#include <linux/module.h>

#include <linux/pci.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/io.h>

#define OQ1B_VENDOR_ID 0x1A2B

#define OQ1B_DEVICE_ID 0xC0DE

static struct pci_device_id oq1b_ids[] = {

{ PCI_DEVICE(OQ1B_VENDOR_ID, OQ1B_DEVICE_ID), },

{ 0, }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(pci, oq1b_ids);

static int oq1b_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *id)

{

/* mapare BAR0 → control registers */

void __iomem *mmio = pci_iomap(pdev, 0, 0);

/* configurare clock, reset etc. */

iowrite32(0x1, mmio + REG_RESET);

/* înregistrare IRQ */

request_irq(pdev->irq, oq1b_isr, 0, "oq1b", dev);

return 0;

}

/* ... ISR, read/write wrappers, sysfs exposure ... */

static struct pci_driver oq1b_driver = {

.name = "oq1b",

.id_table = oq1b_ids,

.probe = oq1b_probe,

.remove = oq1b_remove,

};

module_pci_driver(oq1b_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("ChatGPT – concept");

```

*Expunere* – prin `/dev/oq1b0` și un **ioctl** ce acceptă structura:

```c

struct oq1b_cmd {Proiecteaza-mi textual un procesor pe un bit la care toate unitatile functionale sunt sincronizate pe o frecventa foarte mare de ordinul 100GHz si in care principiul de functionare general se bazeaza pe fibra optica si interferenta quantica totul functionand la temperatura mediului ambiant si adaptat la sistemul de operare UBUNTU X64 24.04 LTS.

**Proiect – “One‑Bit Optical‑Quantum Processor (OQ‑1B)”**

*Conceptual design – text only*

---

## 1. Viziune generală

| Caracteristică | Descriere |

|----------------|-----------|

| **Arhitectură** | Un procesor *single‑bit* (unitate de calcul de 1‑bit) cu toate blocurile funcționale sincronizate la ≈ 100 GHz. |

| **Scop** | Demonstrație de laborator pentru cercetare în calculul fotonic‑cuantic, nu un CPU de producție. |

---

## 2. Blocurile funcționale

```

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Clock Generator | ---> | Optical 100 GHz | ---> | Phase‑Locked Loop |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Instruction | ---> | Control Unit | ---> | Micro‑code ROM |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| | |

v v v

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

+-------------------+ | Kerr cells) | +-------------------+

^ ^ ^

| | |

+-------------------+ +-------------------+ +-------------------+

| Memory Interface | ---> | Optical RAM (1‑bit) | --->| External I/O |

+-------------------+ | material) | +-------------------+

```

### 2.1. Clock – 100 GHz

* **Generator** – un VCO (Voltage‑Controlled Oscillator) electro‑optic pe bază de laser DFB (Distributed Feedback) cu modulație directă la 100 GHz.

* **Distribuție** – waveguides SiN cu 0.2 dB/cm, împărțite prin splitter‑e 1×N (N = număr de unităţi). Pentru a menține faza, se adaugă **delay‑lines** calibrate în fiecare ramură.

* **PLL** – un circuit foto‑electronic (PD‑PLL) închide bucla de fază cu jitter < 10 fs, suficient pentru logică cu interferență cuantică.

### 2.2. Unităţi de calcul – ALU 1‑bit

| Operare | Implementare fotonică | Principiu cuantic |

|---------|----------------------|-------------------|

| **NOT** | MZM cu fază π constantă – inversează faza semnalului. | Flip‑flop cu un singur foton şi un “ancilla” în stare superpozită; măsurare proiectivă. |

Toate porţiile sunt realizate în **silicon‑photonic platform** (Si‑on‑SiO₂) cu **electro‑optic modulators** (LiNbO₃ thin‑film) pentru controlul rapid al fazei.

### 2.3. Registre şi memorie

### 2.4. Control Unit (CU)

---

## 3. Interfaţa cu Ubuntu 24.04 LTS

### 3.1. Driver kernel (C)

```c

/* oqr1b.c – driver pentru OQ‑1B */

#include <linux/module.h>

#include <linux/pci.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/io.h>

#define OQ1B_VENDOR_ID 0x1A2B

#define OQ1B_DEVICE_ID 0xC0DE

static struct pci_device_id oq1b_ids[] = {

{ PCI_DEVICE(OQ1B_VENDOR_ID, OQ1B_DEVICE_ID), },

{ 0, }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(pci, oq1b_ids);

static int oq1b_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *id)

{

/* mapare BAR0 → control registers */

void __iomem *mmio = pci_iomap(pdev, 0, 0);

/* configurare clock, reset etc. */

iowrite32(0x1, mmio + REG_RESET);

/* înregistrare IRQ */

request_irq(pdev->irq, oq1b_isr, 0, "oq1b", dev);

return 0;

}

/* ... ISR, read/write wrappers, sysfs exposure ... */

static struct pci_driver oq1b_driver = {

.name = "oq1b",

.id_table = oq1b_ids,

.probe = oq1b_probe,

.remove = oq1b_remove,

};

module_pci_driver(oq1b_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("ChatGPT – concept");

```

*Expunere* – prin `/dev/oq1b0` și un **ioctl** ce acceptă structura:

```c

struct oq1b_cmd {

uint8_t opcode; // 0 = XOR, 1 = AND, 2 = NOT

uint8_t src1; // bit value 0/1

uint8_t src2; // bit value 0/1 (ignored for NOT)

uint8_t result; // filled by driver

};

```

### 3.2. Bibliotecă userspace (liboq1b)

```c

int oq1b_xor(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_and(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_not(uint8_t a, uint8_t *out);

```

Aceste funcţii încarcă codul binar în **micro‑code ROM** prin DMA și așteaptă semnalul de finalizare (interrupt).

### 3.3. Suport în toolchain

* **gcc‑riscv64‑linux‑gnu** cu flag‑ul `-march=rv64gc,x1b` (custom extension).

* **Assembler** – macro‑instrucţiune `1b_xor rd, rs1, rs2`.

* **Simulator** – QEMU cu plugin‑ul `oq1b` pentru debugging.

---

## 4. Flux de date – scenariu de execuție

1. **Program** (ex. `xor.c`) este compilat → obiect → binar ELF cu secţiunea `.x1b`.

2. **Loader-ul** kernelului (ELF loader) recunoaşte secţiunea, alocă memorie în BAR0 și copiază micro‑codul în ROM‑ul foto‑electric.

3. **CPU‑x86** (Ubuntu) iniţializează driver‑ul, trimite instrucţiunea prin `ioctl`.

4. **Control Unit** primeşte opcode și semnalele de date (fotoni) din registrele optice.

5. **MZM‑uri** aplică fazele necesare → interferenţa produce rezultat în linia de ieşire.

6. **Detector** (APD – avalanche photodiode) converteşte impulsul de rezultat în bit electronic → scriere în `result` al structurii `oq1b_cmd`.

7. **Return** la utilizator → programul continuă.

---

## 5. Consideraţii tehnologice şi limitări

| Aspect | Detalii | Stadiu curent (2026) |

|--------|---------|----------------------|

| **Frecvenţa 100 GHz** | Necesită modulatoare cu bandwidth > 100 GHz (LiNbO₃ thin‑film) și laser cu linewidth < 10 kHz. | Prototipuri 70‑80 GHz în laboratoare; 100 GHz încă în cercetare. |

| **Interferenţa cuantică** | Căi de interferenţă cu diferenţe de fază < λ/100; stabilitate termică < 0.01 K pentru 10 fs jitter. | Stabilizare activă cu feedback termic – posibil, dar consumă energie. |

| **Detecţia fotonilor** | APD cu jitter < 10 ps și QE > 80 % la 1550 nm. | Disponibil, dar integrarea pe chip este încă costisitoare. |

| **Memorie PCM** | Viteze de scriere ~ ns; consum redus la stare statică. | Funcţionează la ambient, dar cicluri de scriere limitate (~10⁶). |

| **Consum energetic** | Estimare: ~ 2 W pentru întregul chip (laser, driver, control). | Mult mai mic decât un ASIC CMOS la 100 GHz (≈ 10‑20 W). |

| **Integrare cu Linux** | Necesită driver custom + extensie ISA. | Kernel‑module simplu; toolchain deja există pentru extensii RISC‑V. |

| **Scalabilitate** | 1‑bit este un „proof‑of‑concept”. Pentru multi‑bit ar trebui să se multiplexeze canale de fibră și să se adauge routere fotonice. | Proiecte de rețea fotonică (e.g., “Silicon Photonic Mesh”) în curs. |

---

## 6. Paşi practici pentru un prototip

1. **Design CAD** – folosind **Lumerical INTERCONNECT** + **KLayout** pentru waveguides și interferometre.

2. **Fabricație** – serviciu de foundry fotonică (e.g., AIM Photonics, GlobalFoundries) pe SOI 220 nm, cu clădiri LiNbO₃ pentru modulatoare.

3. **Montare laser** – DFB 1550 nm cu driver de curent stabilizat la 100 µA.

4. **Test bench** – osciloscop de 200 GHz, detector APD, și control FPGA (Xilinx UltraScale+) pentru generarea semnalelor de sincronizare și captarea rezultatelor.

5. **Software** – scriere driver, bibliotecă, și un demo „Hello‑World” în C care face `xor(1,0)` şi afișează rezultatul.

---

## 7. Concluzie

* **OQ‑1B** este un concept realist pentru un procesor *single‑bit* ce combină **fotonică integrată** și **logica cu interferență cuantică** la frecvență de 100 GHz, funcționând la temperatură ambiantă.

* În prezent, tehnologiile cheie (modulatoare 100 GHz, interferometre stabile, detecție de fotoni) sunt la nivel de *research‑prototype*; un demonstrator complet ar necesita **aproximativ 2‑3 ani** de dezvoltare în colaborare cu un foundry fotonic și un grup de cercetare în quantum optics.

* Integrarea cu **Ubuntu 24.04 LTS** este simplă: un driver kernel PCIe‑e, o extensie minimală RISC‑V și o bibliotecă userspace. Această abordare permite programatorilor să experimenteze cu logică cuantică fără să părăsească mediul Linux obișnuit.

---

**Următorii pași pentru tine** (dacă vrei să pornești proiectul):

1. **Formează o echipă** – ingineri fotonică, fizicieni cu experiență în QED, dezvoltatori kernel.

2. **Obține acces la un foundry** – negociază un Multi‑Project Wafer (MPW) pe platformă SiN/Si‑on‑SiO₂.

3. **Scrie specificațiile ISA** – definește setul de 1‑bit opcodes și codul de micro‑programare.

4. **Dezvoltă driverul** – începe cu un “dummy” care simulează hardware‑ul în user‑space.

5. **Realizează primul test‑chip** – o bucată de 2‑3 interferometre și un modul de clock.

Succes în construcția viitorului procesor optico‑cuantic! 🚀

uint8_t opcode; // 0 = XOR, 1 = AND, 2 = NOT

uint8_t src1; // bit value 0/1

uint8_t src2; // bit value 0/1 (ignored for NOT)

uint8_t result; // filled by driver

};

```

### 3.2. Bibliotecă userspace (liboq1b)

```c

int oq1b_xor(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_and(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_not(uint8_t a, uint8_t *out);

```

Aceste funcţii încarcă codul binar în **micro‑code ROM** prin DMA și așteaptă semnalul de finalizare (interrupt).

### 3.3. Suport în toolchain

* **gcc‑riscv64‑linux‑gnu** cu flag‑ul `-march=rv64gc,x1b` (custom extension).

* **Assembler** – macro‑instrucţiune `1b_xor rd, rs1, rs2`.

* **Simulator** – QEMU cu plugin‑ul `oq1b` pentru debugging.

---

## 4. Flux de date – scenariu de execuție

1. **Program** (ex. `xor.c`) este compilat → obiect → binar ELF cu secţiunea `.x1b`.

2. **Loader-ul** kernelului (ELF loader) recunoaşte secţiunea, alocă memorie în BAR0 și copiază micro‑codul în ROM‑ul foto‑electric.

3. **CPU‑x86** (Ubuntu) iniţializează driver‑ul, trimite instrucţiunea prin `ioctl`.

4. **Control Unit** primeşte opcode și semnalele de date (fotoni) din registrele optice.

5. **MZM‑uri** aplică fazele necesare → interferenţa produce rezultat în linia de ieşire.

6. **Detector** (APD – avalanche photodiode) converteşte impulsul de rezultat în bit electronic → scriere în `result` al structurii `oq1b_cmd`.

7. **Return** la utilizator → programul continuă.

---

## 5. Consideraţii tehnologice şi limitări

| Aspect | Detalii | Stadiu curent (2026) |

|--------|---------|----------------------|

| **Detecţia fotonilor** | APD cu jitter < 10 ps și QE > 80 % la 1550 nm. | Disponibil, dar integrarea pe chip este încă costisitoare. |

| **Memorie PCM** | Viteze de scriere ~ ns; consum redus la stare statică. | Funcţionează la ambient, dar cicluri de scriere limitate (~10⁶). |

| **Consum energetic** | Estimare: ~ 2 W pentru întregul chip (laser, driver, control). | Mult mai mic decât un ASIC CMOS la 100 GHz (≈ 10‑20 W). |

| **Integrare cu Linux** | Necesită driver custom + extensie ISA. | Kernel‑module simplu; toolchain deja există pentru extensii RISC‑V. |

---

## 6. Paşi practici pentru un prototip

1. **Design CAD** – folosind **Lumerical INTERCONNECT** + **KLayout** pentru waveguides și interferometre.

2. **Fabricație** – serviciu de foundry fotonică (e.g., AIM Photonics, GlobalFoundries) pe SOI 220 nm, cu clădiri LiNbO₃ pentru modulatoare.

3. **Montare laser** – DFB 1550 nm cu driver de curent stabilizat la 100 µA.

4. **Test bench** – osciloscop de 200 GHz, detector APD, și control FPGA (Xilinx UltraScale+) pentru generarea semnalelor de sincronizare și captarea rezultatelor.

5. **Software** – scriere driver, bibliotecă, și un demo „Hello‑World” în C care face `xor(1,0)` şi afișează rezultatul.

---

## 7. Concluzie

---

**Următorii pași pentru tine** (dacă vrei să pornești proiectul):

1. **Formează o echipă** – ingineri fotonică, fizicieni cu experiență în QED, dezvoltatori kernel.

2. **Obține acces la un foundry** – negociază un Multi‑Project Wafer (MPW) pe platformă SiN/Si‑on‑SiO₂.

3. **Scrie specificațiile ISA** – definește setul de 1‑bit opcodes și codul de micro‑programare.

4. **Dezvoltă driverul** – începe cu un “dummy” care simulează hardware‑ul în user‑space.

5. **Realizează primul test‑chip** – o bucată de 2‑3 interferometre și un modul de clock.

Succes în construcția viitorului procesor optico‑cuantic! 🚀

---

## 3. Interfaţa cu Ubuntu 24.04 LTS

### 3.1. Driver kernel (C)

```c

/* oqr1b.c – driver pentru OQ‑1B */

#include <linux/module.h>

#include <linux/pci.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/io.h>

#define OQ1B_VENDOR_ID 0x1A2B

#define OQ1B_DEVICE_ID 0xC0DE

static struct pci_device_id oq1b_ids[] = {

{ PCI_DEVICE(OQ1B_VENDOR_ID, OQ1B_DEVICE_ID), },

{ 0, }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(pci, oq1b_ids);

static int oq1b_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *id)

{

/* mapare BAR0 → control registers */

void __iomem *mmio = pci_iomap(pdev, 0, 0);

/* configurare clock, reset etc. */

iowrite32(0x1, mmio + REG_RESET);

/* înregistrare IRQ */

request_irq(pdev->irq, oq1b_isr, 0, "oq1b", dev);

return 0;

}

/* ... ISR, read/write wrappers, sysfs exposure ... */

static struct pci_driver oq1b_driver = {

.name = "oq1b",

.id_table = oq1b_ids,

.probe = oq1b_probe,

.remove = oq1b_remove,

};

module_pci_driver(oq1b_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("ChatGPT – concept");

```

*Expunere* – prin `/dev/oq1b0` și un **ioctl** ce acceptă structura:

```c

struct oq1b_cmd {

uint8_t opcode; // 0 = XOR, 1 = AND, 2 = NOT

uint8_t src1; // bit value 0/1

uint8_t src2; // bit value 0/1 (ignored for NOT)

uint8_t result; // filled by driver

};

```

### 3.2. Bibliotecă userspace (liboq1b)

```c

int oq1b_xor(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_and(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t *out);

int oq1b_not(uint8_t a, uint8_t *out);

```

Aceste funcţii încarcă codul binar în **micro‑code ROM** prin DMA și așteaptă semnalul de finalizare (interrupt).

### 3.3. Suport în toolchain

* **gcc‑riscv64‑linux‑gnu** cu flag‑ul `-march=rv64gc,x1b` (custom extension).

* **Assembler** – macro‑instrucţiune `1b_xor rd, rs1, rs2`.

* **Simulator** – QEMU cu plugin‑ul `oq1b` pentru debugging.

---

## 4. Flux de date – scenariu de execuție

1. **Program** (ex. `xor.c`) este compilat → obiect → binar ELF cu secţiunea `.x1b`.

2. **Loader-ul** kernelului (ELF loader) recunoaşte secţiunea, alocă memorie în BAR0 și copiază micro‑codul în ROM‑ul foto‑electric.

3. **CPU‑x86** (Ubuntu) iniţializează driver‑ul, trimite instrucţiunea prin `ioctl`.

4. **Control Unit** primeşte opcode și semnalele de date (fotoni) din registrele optice.

5. **MZM‑uri** aplică fazele necesare → interferenţa produce rezultat în linia de ieşire.

6. **Detector** (APD – avalanche photodiode) converteşte impulsul de rezultat în bit electronic → scriere în `result` al structurii `oq1b_cmd`.

7. **Return** la utilizator → programul continuă.

---

## 5. Consideraţii tehnologice şi limitări

| Aspect | Detalii | Stadiu curent (2026) |

|--------|---------|----------------------|

| **Detecţia fotonilor** | APD cu jitter < 10 ps și QE > 80 % la 1550 nm. | Disponibil, dar integrarea pe chip este încă costisitoare. |

| **Memorie PCM** | Viteze de scriere ~ ns; consum redus la stare statică. | Funcţionează la ambient, dar cicluri de scriere limitate (~10⁶). |

| **Consum energetic** | Estimare: ~ 2 W pentru întregul chip (laser, driver, control). | Mult mai mic decât un ASIC CMOS la 100 GHz (≈ 10‑20 W). |

| **Integrare cu Linux** | Necesită driver custom + extensie ISA. | Kernel‑module simplu; toolchain deja există pentru extensii RISC‑V. |

---

## 6. Paşi practici pentru un prototip

1. **Design CAD** – folosind **Lumerical INTERCONNECT** + **KLayout** pentru waveguides și interferometre.

2. **Fabricație** – serviciu de foundry fotonică (e.g., AIM Photonics, GlobalFoundries) pe SOI 220 nm, cu clădiri LiNbO₃ pentru modulatoare.

3. **Montare laser** – DFB 1550 nm cu driver de curent stabilizat la 100 µA.

4. **Test bench** – osciloscop de 200 GHz, detector APD, și control FPGA (Xilinx UltraScale+) pentru generarea semnalelor de sincronizare și captarea rezultatelor.

5. **Software** – scriere driver, bibliotecă, și un demo „Hello‑World” în C care face `xor(1,0)` şi afișează rezultatul.

---

## 7. Concluzie

---

**Următorii pași pentru tine** (dacă vrei să pornești proiectul):

1. **Formează o echipă** – ingineri fotonică, fizicieni cu experiență în QED, dezvoltatori kernel.

2. **Obține acces la un foundry** – negociază un Multi‑Project Wafer (MPW) pe platformă SiN/Si‑on‑SiO₂.

3. **Scrie specificațiile ISA** – definește setul de 1‑bit opcodes și codul de micro‑programare.

4. **Dezvoltă driverul** – începe cu un “dummy” care simulează hardware‑ul în user‑space.

5. **Realizează primul test‑chip** – o bucată de 2‑3 interferometre și un modul de clock.

Succes în construcția viitorului procesor optico‑cuantic! 🚀