چین تولید انبوه اولین آشکارساز تک‌فوتونی چهارکاناله درجهان با نویز فوق‌العاده پایین را آغاز کرد

عنوان خبر: چین تولید انبوه اولین آشکارساز تک‌فوتونی چهارکاناله درجهان با نویز فوق‌العاده پایین را آغاز کرد
ژانر/موضوع: حسگری کوانتومی، رادار کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 14 اکتبر 2025
لینک خبر: scmp.com

چکیده:
چین تولید انبوه اولین آشکارساز تک‌فوتونی چهارکاناله با نویز فوق‌العاده پایین در جهان را آغاز کرده است که گامی بزرگ در توسعه‌ی فناوری ارتباطات و رادار کوانتومی محسوب می‌شود. این دستگاه که توسط مرکز تحقیقات مهندسی اطلاعات کوانتومی در استان آنهویی ساخته شده و «photon catcher» نام دارد، قادر است تک‌فوتون‌ها را با حساسیتی بی‌سابقه شناسایی کند. طراحی چهارکاناله آن امکان آشکارسازی هم‌زمان از منابع متعدد را فراهم کرده و سرعت تصویربرداری و دامنه طول‌موج‌ها را افزایش می‌دهد. سامانه سرمایش کوچک آن که تقریباً به اندازه‌ی مشت انسان است، دمای کاری منفی ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد را حفظ کرده و با کاهش ۹۰ درصدی نرخ شمارش تاریک، استاندارد جدیدی در کارایی و دقت جهانی ایجاد کرده است. این آشکارساز که 9 برابر کوچک‌تر از نمونه‌های خارجی است، در رادار کوانتومی نیز کاربرد دارد و می‌تواند با تحلیل حالت فوتون‌ها، هواپیماهای پنهان‌کار مانند F-22 را آشکار کند. همچنین در تصویربرداری زیستی، اندازه‌گیری لیزری اعماق فضا و تصویربرداری سه‌بعدی تک‌فوتونی نیز کاربرد دارد. مقامات می‌گویند این دستاورد نشان‌دهنده‌ی خودکفایی و پیشتازی چین در سخت‌افزارهای کوانتومی است.

شرح کامل خبر:

چین به‌طور رسمی اعلام کرده است که تولید انبوه نخستین آشکارساز تک‌فوتونی چهارکاناله با نویز فوق‌العاده پایین در جهان را آغاز کرده است؛ دستاوردی که با نام «گیرنده فوتون» (Photon Catcher) شناخته می‌شود. این دستگاه که توسط مرکز تحقیقات مهندسی اطلاعات کوانتومی در استان آنهویی (Anhui) توسعه یافته، گامی بزرگ در مسیر فناوری‌های ارتباطات کوانتومی، رادار کوانتومی و تصویربرداری دقیق نوری به شمار می‌آید. گزارش این دستاورد توسط Science and Technology Daily، وابسته به وزارت علوم و فناوری چین، منتشر شده و نشان‌دهنده‌ی گامی مهم در جهت خودکفایی و رهبری چین در سخت‌افزارهای کلیدی فناوری اطلاعات کوانتومی است.

آشکارساز تک‌فوتونی (Single-Photon Detector – SPD) وسیله‌ای بسیار حساس است که می‌تواند تک‌تک فوتون‌ها – کوچک‌ترین بسته‌های انرژی نور – را شناسایی کند. در سامانه‌های معمولی تصویربرداری یا آشکارسازی، میلیون‌ها فوتون همزمان جمع‌آوری می‌شوند، اما تشخیص تنها یک فوتون در میان نویز محیطی، کاری است بسیار دشوار و به‌تعبیر دانشمندان مانند «شنیدن صدای افتادن یک دانه شن در میان طوفان رعد و برق» است. چنین آشکارسازهایی ابزارهای حیاتی در حوزه‌های ارتباطات و رمزنگاری کوانتومی و رادار کوانتومی هستند که نیازمند تشخیص بسیار دقیق سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف می‌باشند.

آشکارساز جدید چین نسبت به نمونه‌های موجود بین‌المللی برتری چشمگیری دارد، زیرا به‌جای یک کانال، دارای چهار کانال مستقل آشکارسازی است. این امر امکان دریافت هم‌زمان فوتون‌ها از منابع مختلف یا بخش‌های گوناگون یک میدان نوری را فراهم می‌کند و موجب افزایش سرعت تصویربرداری، نرخ اسکن و تشخیص چندطول‌موجی به‌صورت موازی می‌شود. پیش‌تر، محصولات موجود در بازار جهانی تنها تک‌کاناله بودند و برای دستیابی به عملکرد چندمنبعی نیاز به چندین واحد هم‌زمان داشتند که سامانه را حجیم، پرمصرف و کند می‌کرد.

آشکارساز چهارکاناله جدید چین نه برابر کوچک‌تر از نمونه‌های تک‌کاناله خارجی است و درعین‌حال از کارایی بالاتر و نویز کمتر برخوردار است. این طراحی از یک سامانه سرمایش ترمواکوستیک (Thermoacoustic Cryocooler) بسیار کوچک – تقریباً به اندازه مشت انسان – بهره می‌برد که می‌تواند دمای عملکردی منفی ۱۲۰ درجه سانتی گراد را حفظ کند؛ درحالی‌که آشکارسازهای متداول معمولاً در حدود منفی ۵۰ درجه سانتی گراد کار می‌کنند و نیازمند سامانه‌های خنک‌کننده‌ی بسیار بزرگ‌تر هستند.

تیم تحقیقاتی طی بیش از سه سال پژوهش فشرده به رهبری فانگ یوچیانگ (Fang Yuqiang) در شرکت QuantumCTek Co. توانست بر چالش‌های متعددی غلبه کند، از جمله:

• کوچک‌سازی سامانه‌های سرمایش ترمواکوستیک بدون افت کارایی،
• تضمین آب‌بندی پایدار در برابر سیکل‌های مکرر انجماد و ذوب،
• کاهش تداخل بین‌کانالی (Crosstalk) که موجب بروز شمارش‌های کاذب می‌شود.

در نتیجه، نرخ شمارش تاریک (Dark Count Rate) – که میزان نویز پس‌زمینه را نشان می‌دهد – حدود ۹۰ درصد کاهش یافته و دستگاه توانسته با بهره آشکارسازی ۲۰ درصدی در دمای کاری خود، به حساسیتی بی‌سابقه در جهان دست یابد. این نسبت میان بهره و نویز، اکنون به‌عنوان استاندارد جدید عملکردی جهانی شناخته می‌شود.

آشکارسازی تک‌فوتونی، اساس فناوری رادار کوانتومی است که به‌طور بنیادین با رادارهای کلاسیک تفاوت دارد. رادارهای معمولی از امواج رادیویی استفاده می‌کنند و هواپیماهای رادارگریز (مانند F-22 Raptor) می‌توانند با پوشش‌های جذب‌کننده یا طراحی زاویه‌دار بازتاب این امواج را منحرف سازند. اما رادار کوانتومی از فوتون‌های منفرد با ویژگی‌های کوانتومی منحصربه‌فرد استفاده می‌کند. وقتی این فوتون‌ها با یک جسم پنهان‌کار برخورد می‌کنند، حالت کوانتومی آن‌ها دچار تغییر غیرقابل‌بازگشت می‌شود.

به دلیل اصل بنیادی عدم تکثیر (No-Cloning Theorem) در مکانیک کوانتومی، هیچ سیگنال جعلی یا بازتاب مصنوعی نمی‌تواند به‌طور کامل ویژگی‌های کوانتومی فوتون اصلی را تقلید کند. در نتیجه، با تحلیل حالت کوانتومی فوتون‌های بازتاب‌یافته، رادار کوانتومی می‌تواند میان هدف واقعی و سیگنال‌های فریبنده تمایز قائل شود. این فناوری نه‌تنها به انرژی اندکی نیاز دارد و خود به سختی قابل شناسایی است، بلکه در محیط‌های الکترومغناطیسی پیچیده نیز پایداری و دقت بالاتری دارد.

چین پیش‌تر در سال ۲۰۱۶ توسط شرکت گروه فناوری الکترونیک چین (China Electronics Technology Group Corporation) نخستین رادار کوانتومی مبتنی بر آشکارسازی تک‌فوتونی را توسعه داده بود که تا فاصله‌ی بیش از ۱۰۰ کیلومتر توان آشکارسازی داشت. دستاورد جدید، نسخه‌ی صنعتی و نسل بعدی همان فناوری است که اکنون قابلیت تولید انبوه و به‌کارگیری در سامانه‌های واقعی را دارد.

فراتر از حوزه‌های نظامی و مخابراتی، گیرنده فوتون می‌تواند تحولی عظیم در زمینه‌های علمی و صنعتی ایجاد کند. از جمله کاربردهای مطرح‌شده:

• تصویربرداری فلورسانس زیستی (Bio-Fluorescence Imaging) در مقیاس مولکولی،
• اندازه‌گیری فاصله‌های فضایی عمیق (Deep-Space Laser Ranging) در مأموریت‌های اخترفیزیکی،
• تصویربرداری تک‌فوتونی سه‌بعدی (Single-Photon 3D Imaging) برای محیط‌های با نور بسیار ضعیف، مانند مأموریت‌های فضایی یا حسگرهای کوانتومی.

به گفته‌ی تانگ شیبیائو (Tang Shibiao)، مدیر مرکز تحقیقاتی آنهویی، این آشکارساز «استاندارد عملکرد جهانی جدیدی» را تعیین کرده و نشان می‌دهد که چین در زمینه‌ی اجزای اصلی و ماژول‌های فناوری اطلاعات کوانتومی به خودکفایی واقعی دست یافته است. او افزود که این مرکز تأمین این آشکارسازها برای مؤسسات پژوهشی برجسته‌ی کشور را آغاز کرده و اکنون توان تولید صنعتی دارد. وی همچنین تأکید کرد که این فناوری گامی مهم در مسیر توسعه‌ی شبکه ارتباطات کوانتومی نسل آینده‌ی چین است و می‌تواند به‌عنوان یک «راه‌حل چینی» برای دوران فناوری کوانتومی شناخته شود.

منابع:

[1] https://www.scmp.com/news/china/science/article/3328848/china-mass-producing-next-gen-quantum-radar-detector-track-stealth-aircraft-f-22?module=perpetual_scroll_0&pgtype=article

[2] https://interestingengineering.com/military/china-quantum-radar-us-stealth-jet

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.