نخستین شبکهی توزیعشدهی حسگرهای کوانتومی با دقت بیسابقه
عنوان خبر: نخستین شبکهی توزیعشدهی حسگرهای کوانتومی با دقت بیسابقه
ژانر/موضوع: حسگری کوانتومی، تصویربرداری کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 27 اکتبر 2025
لینک خبر: newswise.com
چکیده:
پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری کره (KIST) موفق به توسعهی اولین شبکهی توزیعشدهی حسگرهای کوانتومی با وضوح فوقالعاده بالا در جهان شدهاند؛ دستاوردی که گامی مهم در پیشرفت مترولوژی کوانتومی محسوب میشود. در این پژوهش از حالت چندمودی N00N — پیکربندی پیچیدهای از فوتونهای درهمتنیده — برای اتصال چند حسگر استفاده شده است. این روش باعث افزایش همزمان دقت و وضوح مکانی فراتر از حد استاندارد کوانتومی و نزدیک به حد هایزنبرگ شده است. در این آزمایش، با استفاده از یک حالت N00N دو فوتونی دارای چهار مُد، دقتی معادل ۸۸٪ بیشتر (بهبود ۲٫۷۴ دسیبل) نسبت به روشهای کلاسیک به دست آمد. این پیشرفت راه را برای تصویربرداری با وضوح فوقالعاده و آشکارسازی بسیار حساس هموار میکند و کاربردهای گستردهای در تصویربرداری زیستی، شناسایی عیوب نیمههادی، پزشکی دقیق و اخترشناسی خواهد داشت. پژوهشگران معتقدند با ادغام این فناوری در تراشههای کوانتومی فوتونیکی مبتنی بر سیلیکون، میتوان در آینده به سامانههای واقعی و مقیاسپذیر حسگرهای کوانتومی دست یافت.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری کره (KIST) برای اولین بار در جهان موفق شدند، شبکههای توزیع شده از حسگرهای کوانتومی با وضوح فوقالعاده بالا را توسعه دهند. این پروژه به سرپرستی دکتر هیانگتگ لیم (Hyang-Tag Lim) در مرکز فناوری کوانتومی KIST انجام میشود و نشان میدهد که چگونه میتوان با پیوند دادن حسگرهای کوانتومی از طریق درهمتنیدگی (Entanglement)، به طور همزمان دقت اندازهگیری بسیار بالا و وضوح مکانی دست یافت؛ به گونهای که از مرز موسوم به حد استاندارد کوانتومی (Standard Quantum Limit) که سالهاست محدودیت اصلی فناوریهای متعارف بوده، فراتر میرود
در اندازهگیریهای معمولی، دقت تنها با مربع تعداد فوتونها یا ذرات مورد استفاده افزایش مییابد، که همان حد استاندارد کوانتومی است. عبور از این مرز تنها با بهرهگیری از درهمتنیدگی کوانتومی ممکن است؛ پدیدههای غیرکلاسیکی که در آن چند ذره بهگونهای به هم مرتبط میشوند که اطلاعات میان آنها، حتی در فواصل مکانی زیاد، بهصورت همزمان به اشتراک گذاشته میشود. اگرچه در سالهای اخیر از درهمتنیدگی تکفوتونی در شبکههای حسگر کوانتومی استفاده شده و دقت اندازهگیری افزایش یافته است، اما این روشها در زمینهی وضوح مکانی (Spatial Resolution) محدود بودهاند؛ موضوعی که برای تصویربرداریهای دقیق و تشخیص الگوهای تداخلی ظریف بسیار حیاتی است.
تیم KIST برای غلبه بر این محدودیت، از حالت خاص از درهمتنیدگی موسوم به حالت چندمدی N00N یا همانMulti-mode N00N State استفاده کرده است. در این حالت خاص از درهمتنیدگی کوانتومی، چندین فوتون بهصورت همزمان در چند مسیر نوری توزیع میشوند. این پیکربندی باعث ایجاد نوارهای تداخلی بسیار متراکمتر میشود و در نتیجه، وضوح فضایی به شکل چشمگیری افزایش مییابد، و در عین حال مزیت کوانتومی در دقت را حفظ میکند. در آزمایشهای انجامشده، پژوهشگران یک حالت N00N دو فوتونی با چهار مسیر نوری تولید کردند و از آن برای اندازهگیری همزمان دو فاز متفاوت استفاده کردند — دیدگاهی که برای اولین بار در جهان اجرا میشود. نتایج این آزمایش نشان داد که روش جدید نسبت به روشهای کلاسیک حدود 88 درصد دقت بالاتری (معادل بهبود 2.74 دسیبل) دارد و عملکرد آن به حد هایزنبرگ (حدهایزنبرگ) — بالاترین سطح نظری دقت در سنجشهای کوانتومی – نزدیک است.
کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار گستردهاند. ترکیب وضوح فوقالعاده (Super-Resolution) با تخمین فاز فوقدقیق در یک سامانه توزیعشده میتواند حوزههایی مانند تصویربرداری زیستی، تولید نیمههادیها، پزشکی دقیق و اخترشناسی را متحول کند. بهعنوان نمونه، این روش میتواند امکان تصویربرداری با وضوح بسیار بالا از ساختارهای زیرسلولی را فراهم آورد، نقصهای نانومتری در مدارهای نیمههادی را شناسایی کند یا تصاویر نجومی بسیار دقیقتر از ساختارهای دوردست ارائه دهد که با تلسکوپهای معمولی قابل مشاهده نیستند.
به گفته دکتر لیم، این «نقطهی عطفی مهم» در مسیر توسعه شبکههای عملی حسگر کوانتومی مبتنی بر درهمتنیدگی است و افزود که در آینده، با ادغام این فناوری در تراشههای کوانتومی مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی (Silicon Photonics)، میتوان آن را به کاربردهای واقعی و مقیاسپذیر گسترش داد. به گفتهی او، این دستاورد در زمانی حاصل شده که ایالات متحده و کشورهای اروپایی نیز حسگرهای کوانتومی را به عنوان یکی از فناوریهای استراتژیک نسل آینده شناسایی کرده و سرمایهگذاریهای کلانی در این حوزه انجام دادهاند و بنابراین این موفقیت میتواند جایگاه رقابتی کره جنوبی را در عرصهی جهانی تقویت کند.
در مجموع، نوآوری KIST نه تنها تحقق عملی مترولوژی کوانتومی توزیعشده با عملکرد نزدیک به حد هایزنبرگ را نشان میدهد، بلکه برای نخستین بار ثابت میکند که چنین شبکههایی میتوانند توانایی تصویربرداری با وضوح فوقالعاده بالا را فراهم سازند و شکاف میان نظریهی کوانتوم و کاربردهای واقعی در فناوریهای اندازهگیری و تصویربرداری آینده را پرکنند.
منابع:
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
