ساخت نخستین موجبر فوتونیکی غیرخطی قابل برنامهریزی در جهان
عنوان خبر: ساخت نخستین موجبر فوتونیکی غیرخطی قابل برنامهریزی در جهان
ژانر/موضوع: فوتونیک، اپتیک
تاریخ انتشار خبر: 9 اکتبر 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
شرکت NTT Research با همکاری دانشگاههای کرنل و استنفورد موفق به ساخت نخستین موجبر فوتونیکی غیرخطی قابل برنامهریزی جهان شده است؛ دستگاهی که میتواند چندین عملکرد نوری را تنها بر روی یک تراشه انجام دهد. این دستاورد که به تازگی در Nature منتشر شده، پارادایم سنتیِ «یک دستگاه، یک عملکرد» را در دنیای فوتونیک دگرگون میکند. در این فناوری، ویژگیهای غیرخطی موجبر نیترید سیلیکون با استفاده از الگوهای نوری ساختارمند بهصورت دینامیکی تنظیم میشوند و این قابلیت، امکان پیکربندی سریع، مقاومت در برابر خطا و کاهش چشمگیر هزینههای تولید را فراهم میسازد. این موجبر میتواند در کاربردهایی مانند منابع نوری قابل تنظیم، تبدیل فرکانس کوانتومی، و سنتز شکلموجهای نوری پیچیده مورد استفاده قرار گیرد و گامی مهم به سوی توسعهی سامانههای نوری و کوانتومی مقیاسپذیر به شمار میرود. این نوآوری، مسیر ساخت مدارهای فوتونیکی قابل برنامهریزی را هموار کرده و میتواند زمینهساز پیشرفتهای بزرگ در محاسبات کوانتومی، مخابرات، و فناوریهای تصویربرداری شود؛ در حالی که بهطور همزمان باعث افزایش بازده تولید و کاهش مصرف انرژی و فضای مورد نیاز در زیرساختهای فوتونیکی آینده خواهد شد.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران شرکت NTT Research با همکاری دانشگاههای کرنل و استنفورد موفق به دستاوردی تاریخی در حوزه فوتونیک مجتمع شدهاند: ساخت نخستین موجبر فوتونیکی غیرخطی قابل برنامهریزی در جهان که میتواند بهصورت دینامیکی بین چندین عملکرد نوری بر روی یک تراشه جابهجا شود. این پژوهش که به سرپرستی ریوتاتسو یاناگیموتو و با نظارت پیتر ال. مکماهون از دانشگاه کرنل انجام شده و در تاریخ ۸ اکتبر ۲۰۲۵ در نشریه Nature منتشر گردید، پارادایم دیرینهی «هر دستگاه فقط یک عملکرد» را در فوتونیک در هم میشکند و نگرشی تازه به طراحی سامانههای نوری و کوانتومی ارائه میدهد.
اپتیک غیرخطی — شاخهای از علم که به برهمکنش شدتوابستهی نور و ماده میپردازد — پایهی بسیاری از فناوریهاست، از جمله تبدیل فرکانس لیزرها، مخابرات نوری، تولید نور کوانتومی، و پردازش نوری اطلاعات. با این حال، در دستگاههای غیرخطی سنتی، عملکرد دستگاه در زمان طراحی تعیین و در مرحلهی ساخت تثبیت میشود؛ بهگونهای که هر کاربرد جدید نیازمند ساخت یک تراشهی جداگانه است. این محدودیت موجب افزایش هزینه و پیچیدگی، مصرف بیشتر فضا و انرژی، و کاهش بازده ساخت میشد.
در فناوری جدید، پژوهشگران از غیرخطی القایی با میدان الکتریکی (electric-field-induced χ(2)) درون یک موجبر نیترید سیلیکون استفاده کردهاند. این ساختار شامل یک لایه فوتورسانا است که با الگوهای نوری ساختارمند قابل کنترل است. تابش الگوهای نوری روی این لایه باعث میشود توزیع میدان الکتریکی داخلی و در نتیجه ویژگیهای غیرخطی ماده در نقاط مختلف تراشه تغییر کند. به این ترتیب، میتوان بهصورت آنی و دلخواه عملکردهای گوناگونی را روی یک تراشه «برنامهریزی» کرد. این روش کنترل همزمان و گسترده بر توزیع غیرخطی را ممکن میسازد و قابلیت تغییر سریع عملکرد دستگاهها را فراهم میکند.
پژوهشگران توانستند با این تراشه عملکردهایی چون شکلدهی دلخواه پالس نوری، تولید دومین هارمونیک با قابلیت تنظیم گسترده، ایجاد نور ساختارمند در فضا و طیف و همچنین طراحی معکوس در لحظه را با پایداری بالا در برابر خطاهای ساخت و تغییرات محیطی نشان دهند. این ویژگیها مسیر را برای ساخت مدارهای نوری در مقیاس بزرگ و مقاوم در برابر خطا هموار میکند.
اهمیت این دستاورد بسیار فراتر از جنبهی علمی آن است. در محاسبات کوانتومی، چنین موجبرهایی میتوانند به عنوان مبدلهای فرکانس کوانتومی قابل برنامهریزی یا منابع نوری کوانتومی بازپیکربندیپذیر به کار روند و ارتباط بین کیوبیتها با فرکانسهای مختلف را ممکن سازند. در مخابرات، این فناوری میتواند منجر به ساخت منابع نوری قابل تنظیم گسترده و مولدهای شکلموج نوری دلخواه شود که نقش مهمی در نسلهای آیندهی شبکههای ۵G و ۶G خواهند داشت. همچنین، کاربردهایی در تولید دقیق صنعتی، تصویربرداری پیشرفته و ابزارهای علمی دارد که در آنها کنترل پویا بر الگوی نور موجب دقت و کارایی بیشتر میشود.
از نظر اقتصادی، این نوآوری میتواند صنعت مدارهای مجتمع فوتونیکی (PIC) را متحول کند؛ صنعتی که طبق گزارش IDTechEx تا سال ۲۰۳۵ از مرز ۵۰ میلیارد دلار عبور خواهد کرد. این فناوری با جایگزین کردن چندین تراشهی تخصصی با یک تراشهی قابل برنامهریزی، میتواند هزینهی تولید را بهطور چشمگیری کاهش دهد، بازده ساخت را افزایش دهد، و مصرف توان و فضای مورد نیاز را کاهش دهد.
پژوهشگران چشماندازهای آیندهی این فناوری را نیز مطرح کردهاند: گسترش آن به غیرخطیهای کوانتومی قابل برنامهریزی، و یا ترکیب آن با دستگاههای فوتونیکی موجود برای ایجاد عملکردهای نوظهور. این پژوهش بخشی از برنامهی آزمایشگاه فیزیک و انفورماتیک (PHI Lab) شرکت NTT است که بر مرز میان فیزیک کوانتومی و علوم اعصاب محاسباتی متمرکز است. این دستاورد نشان میدهد که فوتونیک غیرخطی میتواند مقیاسپذیر، قابل بازپیکربندی و سازگار با شرایط محیطی باشد — گامی بنیادین به سوی نسل جدیدی از فناوریهای نوری و کوانتومی برنامهپذیر.
منابع:
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-025-09620-9?utm_source=chatgpt.com
[2] https://thequantuminsider.com/2025/10/09/ntt-research-collaboration-breaks-the-one-device-one-function-paradigm-with-programmable-nonlinear-photonics-chip/
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
