تکنیکی برای تثبیت فاز سیگنالهای نور ضعیف در شبکه کوانتومی از NIST
عنوان خبر: تکنیکی برای تثبیت فاز سیگنالهای نور ضعیف در شبکه کوانتومی از NIST
ژانر/موضوع: مخابرات کوانتومی، شبکه کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 18 ژوئیه 2025
لینک خبر: nist.gov
چکیده:
دانشمندان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) روشی نوآورانه برای پایدارسازی فاز سیگنالهای نوری بسیار ضعیف توسعه داده اند که برای ارتباطات کوانتومی در مسافتهای طولانی حیاتی است. برخلاف روشهای کلاسیکی که بر نور لیزری پرقدرت تکیه دارند، تکنیک آنها از نوری با کمتر از یک میلیون فوتون در ثانیه استفاده میکند و بدین ترتیب، از اختلال در درهمتنیدگی کوانتومی حساس جلوگیری میشود. آنها با استفاده از تداخل بین یک لیزر مرجع پایدار و سیگنال ضعیف در یک لینک فیبر نوری به طول ۱۲۰ کیلومتر، بهطور دقیق تغییرات فاز را اندازهگیری و اصلاح کردند. این روش موفق شد لغزش زمانی را به کمتر از ۰٫۱۲ فمتوثانیه کاهش دهد—دقتی فراتر از محدودیتهای کلاسیکی—و امکان استفاده همزمان از سیگنالهای کوانتومی و کلاسیکی را از طریق مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی در یک فیبر نوری فراهم میسازد. این دستاورد راه را برای ساخت شبکههای کوانتومی مقاوم و گسترده هموار میکند.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) با همکاری دانشگاه مریلند، به دستاوردی مهم در حوزه ارتباطات کوانتومی دست یافتهاند. آنها روشی نوین برای پایدارسازی فاز نوری در سیگنالهای بسیار ضعیف نوری طی انتقال در فیبرهای نوری بلند ارائه کردهاند؛ گامی کلیدی برای ایجاد شبکههای کوانتومی در مقیاس بزرگ. ارتباطات کوانتومی مبتنی بر انتقال کیوبیتها است که اغلب در قالب فوتونهای درهمتنیده منتقل میشوند. این حالات کوانتومی نسبت به تغییرات فاز بسیار حساس هستند، خصوصاً در انتقال از طریق فیبرهای نوری بلند.
روشهای کلاسیک پایدارسازی فاز، متکی بر نورهای شدید و آشکارسازهای استاندارد هستند؛ اما این روشها با سامانههای کوانتومی سازگار نیستند زیرا نور قوی میتواند درهمتنیدگی کوانتومی را از بین ببرد. چالش، یافتن راهی برای تثبیت فاز تنها با استفاده از نور بسیار ضعیف بود. محققان NIST با توسعه تکنیکی که از شمارش فوتونهای افزایش یافته با جابجایی (displacement-enhanced photon counting) با نور همدوس بسیار ضعیف – به طور متوسط کمتر از 650000 فوتون در ثانیه – برای اندازهگیری و قفل کردن فاز استفاده میکند، به این موضوع پرداختند. این تقریباً 10000 برابر ضعیفتر از سیگنالهای کلاسیک استاندارد است.
در این پژوهش، آنها از لیزری بسیار پایدار به عنوان مرجع فاز استفاده کردند و نور مرجع را با نور عبوری از فیبر نوری ۱۲۰ کیلومتری (بین NIST و دانشگاه مریلند) تداخل دادند. با بررسی تعداد فوتونهای ثبتشده توسط آشکارساز تکفوتونی، اختلاف فاز مشخص شد. در صورت تداخل ویرانگر (بدون فوتون)، فاز صحیح بود؛ در غیر این صورت، تصحیح لازم انجام میگرفت. این روش توانست نوسانات فازی با انحراف معیار rms کمتر از ۱۴۰ میلیرادیان و لغزش زمانی (timing jitter) کمتر از ۰.۱۲ فمتوثانیه حاصل کند—دقتی معادل اندازهگیری فاصله زمین تا ماه در حد پهنای یک تار مو.
مهمتر اینکه این روش در فیبرهایی طولانیتر از ۱۰۰ متر از تکنیکهای کلاسیک مانند هوموداین و هتروداین دقیقتر است و از حد نویز شات نیز فراتر میرود. همچنین این فناوری امکان استفاده همزمان از سیگنالهای کوانتومی و سیگنالهای ضعیف اندازهگیری را در یک کانال مخابراتی فراهم میکند.
این پیشرفت بزرگ میتواند مسیر را برای پیادهسازی شبکههای کوانتومی مقاوم، ارتباطات کوانتومی بلندبرد، حسگرهای کوانتومی توزیعشده، و ارتباط بین رایانههای کوانتومی هموار کند.
منابع:
[1] https://www.nist.gov/news-events/news/2025/07/nist-team-develops-technique-stabilize-phase-weak-light-signals-quantum
[2] https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-12-5-570&id=570477
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
