اخبار کوانتومی – تیم MIT سریع‌ترین کوپلینگ نور-ماده را در یک سیستم کوانتومی نشان می‌دهد
عنوان خبر: تیم MIT سریع‌ترین کوپلینگ نور-ماده را در یک سیستم کوانتومی نشان می‌دهد
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، کیوبیت ابررسانا، اپتیک
تاریخ انتشار خبر: 21 مه 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
پژوهشگران MIT به قوی‌ترین برهم‌کنش غیرخطی نور–ماده که تاکنون در یک سیستم کوانتومی ثبت شده دست یافته‌اند. این دستاورد با استفاده از یک کوپلر ابررسانای نوآورانه به نام «quarton» حاصل شده است. قدرت این برهم‌کنش — که حدود ۱۰ برابر بیشتر از سیستم‌های پیشین است — می‌تواند خوانش (readout) و عملیات های محاسبات کوانتومی را به‌طور چشمگیری تسریع کند؛ دو عاملی که برای کاهش خطا از طریق تصحیح خطای سریع‌تر حیاتی هستند. معماری مبتنی بر quarton، تعامل کارآمدتری بین کیوبیت‌ها و فوتون‌های مایکروویو فراهم می‌کند و امکان اندازه‌گیری بسیار سریع‌تر حالت‌های کوانتومی را فراهم می‌آورد. هرچند این پژوهش در حال حاضر تنها یک نمایش بنیادی از فیزیک است، اما زیرساخت مهمی برای ساخت رایانه‌های کوانتومی سریع‌تر و مقاوم در برابر خطا فراهم می‌کند؛ رایانه‌هایی که قادر به انجام کاربردهای واقعی خواهند بود
شرح کامل خبر:
پژوهشگران MIT موفق شده‌اند قوی‌ترین برهم‌کنش غیرخطی نور–ماده را که تاکنون در یک سیستم کوانتومی مشاهده شده، به نمایش بگذارند — موفقیتی که می‌تواند عملیات محاسبات کوانتومی را به‌طور چشمگیری تسریع کند و نرخ خطاها را کاهش دهد. این دستاورد بر پایه یک دستگاه ابررسانای جدید به نام کوارتون (quarton) کوپلر استوار است که توسط Yufeng Ye، فارغ‌التحصیل دکترای MIT، ابداع شده است. این کوپلر توانسته است امکان کوپلینگ بین کیوبیت‌ها و فوتون‌ها را با قدرت اتصال تقریباً ده برابر بیشتر از طرح‌های قبلی فراهم می‌کند.
در رایانه‌های کوانتومی، انجام سریع عملیات و اندازه‌گیری‌ها حیاتی است؛ زیرا کیوبیت‌ها عمر محدودی دارند — مفهومی که به آن زمان همدوسی (coherence time) گفته می‌شود. سرعت بالای عملیات برای اجرای مؤثر تصحیح خطاهای کوانتومی ضروری است؛ چراکه این اصلاحات باید پیش از آن‌که اطلاعات توسط نویز از بین برود، انجام شوند. یکی از گلوگاه‌های اصلی در این مسیر، سرعت خوانش (readout) کیوبیت‌هاست — یعنی توانایی در اندازه‌گیری سریع و دقیق حالت کوانتومی.
نوآوری تیم MIT با بهره‌گیری از کوپلینگ غیرخطی به این مشکل پاسخ داده است. در این نوع برهم‌کنش، رفتار سیستم بیش از جمع رفتار اجزای آن است، که برای انجام عملیات پیچیده‌ی کوانتومی ضروری است. کوپلر کوارتون، که یک مدار ویژه ابررسانا است، با افزایش جریان ورودی، قدرت کوپلینگ غیرخطی را نیز تقویت می‌کند. این ویژگی کلیدی است؛ زیرا اکثر الگوریتم‌های مفید کوانتومی نیاز به این نوع برهم‌کنش دارند.
در این آزمایش، تراشه‌ای شامل دو کیوبیت ابررسانا با یک کوپلر کوارتون طراحی شد. یکی از کیوبیت‌ها به عنوان رزوناتور (تشدیدگر) عمل می‌کرد و دیگری به‌عنوان اتم مصنوعی اطلاعات کوانتومی را ذخیره می‌کرد. فوتون‌های مایکروویو — ذرات نوری که در سیستم‌های کوانتومی ابررسانا استفاده می‌شوند — واسطه این برهم‌کنش‌ها بودند. با ایجاد برهم‌کنش بسیار قوی میان اتم مصنوعی و رزوناتور، توان خوانش سیستم به‌طور چشمگیری بهبود یافت.
علاوه بر کوپلینگ نور–ماده، این تیم همچنین موفق به نمایش برهم‌کنش قوی ماده–ماده (بین کیوبیت‌ها) شد، که برای ایجاد درهم‌تنیدگی (entanglement) و اجرای گیت‌های منطقی کوانتومی ضروری است. این موضوع افق‌هایی برای عملیات سریع‌تر و معماری‌های قابل گسترش ایجاد می‌کند.
هرچند این سیستم هنوز در رایانه‌ای کامل به کار نرفته، اما نمایش این نوع برهم‌کنش بنیادی قوی، گامی مهم به‌سوی ساخت رایانه کوانتومی مقاوم در برابر خطا (fault-tolerant) به شمار می‌رود — گامی ضروری برای کاربردهای عملی و در مقیاس بزرگ، مانند شبیه‌سازی مواد، بهینه‌سازی، و یادگیری ماشین.
این پژوهش به رهبری Yufeng Ye و نویسنده مسئول Kevin O’Brien، استاد گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر MIT و سرپرست گروه الکترونیک همدوس کوانتومی، انجام شده و با همکاری MIT، آزمایشگاه لینکلن و دانشگاه هاروارد در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/05/01/mit-team-demonstrates-fastest-ever-light-matter-coupling-in-quantum-system/?utm_source=resonance-newsletters.beehiiv.com&utm_medium=newsletter&utm_campaign=the-quantum-insider-weekly-quantum-rising-in-japan-billion-dollar-quarter-for-quantum-and-more-news&_bhlid=c4029a0720f037bcb52f28d31933b4add5d0d587
[2] https://www.nature.com/articles/s41467-025-59152-z
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
