اخبار کوانتومی – مبدلی که میتواند شبکه های کوانتومی ابررسانا را ممکن سازد
عنوان خبر: مبدلی که میتواند شبکه های کوانتومی ابررسانا را ممکن سازد.
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، کیوبیت ابررسانا، اپتیک کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 2 آوریل 2025
لینک خبر: phys.org
چکیده:
پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان ای. پاولسون در دانشگاه هاروارد (SEAS) یک مبدل کوانتومی میکروویو-اپتیکی پیشرفته توسعه داده‌اند که برای نخستین بار امکان کنترل نوری کوبیت‌های ابررسانا را فراهم می‌کند. این دستگاه کوچک که از جنس لیتیم نیوبات ساخته شده، رزوناتورهای میکروویو و اپتیکی را به هم متصل می‌کند و تبادل کارآمد انرژی بین آن‌ها را ممکن می‌سازد، در حالیکه نیاز به سامانه‌های کنترلی حجیم و تولیدکننده گرما را از بین می‌برد. این مبدل با راندمان تبدیل ۱.۱۸٪ و نویز اضافه پایین، موفق به ایجاد نوسان رابی در کوبیت ابررسانا تنها با استفاده از نور شده است. این نوآوری پلی میان پردازنده‌های کوانتومی در محیط‌های فوق‌سرد و شبکه‌های نوری مخابراتی ایجاد می‌کند و گامی کلیدی به سوی شبکه‌های کوانتومی مدولار و اینترنت کوانتومی آینده است.
شرح کامل خبر:
در گامی مهم به‌سوی محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر، پژوهشگران مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان ای. پاولسون در دانشگاه هاروارد (SEAS) موفق به توسعه‌ی یک مبدل (transducer) کوانتومی میکروویو–اپتیکی نوآورانه شده‌اند؛ دستگاهی که مانند یک مسیریاب فوتون عمل کرده و امکان اتصال رایانه‌های کوانتومی ابررسانا به شبکه‌های ارتباطی نوری را فراهم می‌کند. این پژوهش که به سرپرستی پروفسور مارکو لونچار انجام شده و در ژورنال Nature Physics منتشر گردیده، برای نخستین بار کنترل نوری همدوس یک کوبیت ابررسانا را به نمایش می‌گذارد—دستاوردی کلیدی در زمینه ارتباطات کوانتومی و پردازش کوانتومی توزیع‌شده.
کوبیت‌های ابررسانا که در دماهای کرایوژنیک (در یخچال‌های رقیق‌ساز) عمل می‌کنند، یکی از امیدوارکننده‌ترین بسترها برای رایانش کوانتومی هستند؛ زیرا هم از نظر همدوسی حالت‌های کوانتومی و هم سازگاری با فناوری‌های ساخت پیشرفته مزیت دارند. با این حال، افزایش مقیاس این سیستم‌ها دشوار است، چرا که خطوط کنترل میکروویوی و تجهیزات الکترونیکی حرارت زیادی تولید کرده و فضای فیزیکی زیادی اشغال می‌کنند—که موجب فشار بر توان سرمایشی سیستم‌های کرایوژنیک می‌شود.
از سوی دیگر فوتون‌های نوری، محیطی با پهنای باند بالا، تلفات پایین و مناسب برای انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل طولانی فراهم می‌کنند. شبکه‌های نوری که امروزه ستون فقرات ارتباطات کلاسیک هستند، می‌توانند در صورت حل چالش‌های فرکانسی، برای شبکه‌های کوانتومی نیز به‌کار روند.
تیم هاروارد مبدلی به طول تنها ۲ میلی متر بر اساس ماده الکترواپتیک لیتیوم نیوبات طراحی کرده‌اند که یک رزوناتور میکروویوی را با دو رزوناتور نوری پیوند می‌دهد. این چیدمان امکان مبادله‌ی دوطرفه انرژی بین فوتون‌های نوری و میکروویوی را فراهم می‌کند—فرایندی موسوم به انتقال کوانتومی (quantum transduction). نوآوری اصلی در اینجا، کنترل همدوس کوبیت ابررسانا تنها با سیگنال‌های نوری و بدون نیاز به اتصال الکتریکی مستقیم است.
این مبدل با راندمان تبدیل تا ۱.۱۸٪ و نویز افزوده‌ی پایین، امکان تحریک نوسانات رابی (انتقال همدوس بین حالت‌های کوانتومی) را فراهم می‌سازد—نشان‌دهنده‌ی امکان کنترل، خوانش و حتی درهم‌تنیدگی کوبیت‌ها از راه دور با استفاده از نور.
این نخستین نمایش موفق از کنترل نوری کوبیت ابررسانا است و گامی کلیدی در مسیر ایجاد شبکه‌های کوانتومی مدولار محسوب می‌شود؛ شبکه‌هایی متشکل از پردازنده‌های ابررسانای محلی که از طریق فیبرهای نوری پرسرعت و کم‌تلفات به هم متصل شده‌اند—مشابه با معماری اینترنت امروزی در محاسبات توزیع‌شده.
علاوه بر این، حذف نیاز به سیم‌کشی حجیم میکروویوی، بار فیزیکی و حرارتی سیستم‌های کرایوژنیک را کاهش می‌دهد. طراحی انعطاف‌پذیر مبدل، امکان استفاده از آن را در توپولوژی‌های مختلف شبکه‌های کوانتومی، از جمله محیط‌های ایزوله یا دارای منابع محدود، فراهم می‌کند.
این پروژه با همکاری شرکت Rigetti Computing (تأمین‌کننده بستر کوبیت‌های ابررسانای آلومینیوم روی سیلیکون) و پژوهشگرانی از MIT و دانشگاه شیکاگو انجام شده است. هدف بعدی تیم، بهبود راندمان مبدل و استفاده از آن برای توزیع درهم‌تنیدگی بین پردازنده‌های کوانتومی است.
این پژوهش نه تنها یکی از چالش‌های اساسی رایانش کوانتومی ابررسانا را برطرف می‌کند، بلکه حلقه‌ی مفقوده برای ادغام پردازنده‌های کوانتومی با زیرساخت مخابرات جهانی را نیز ارائه می‌دهد که گامی به‌سوی تحقق اینترنت جهانی کوانتومی میباشد.
منابع:
[1] https://phys.org/news/2025-04-router-photons-transducer-enable-superconducting.html
[2] https://thequantuminsider.com/2025/04/02/a-router-for-photons-scientists-say-transducer-could-enable-superconducting-quantum-networks/
[3] https://www.nature.com/articles/s41567-025-02812-0
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
