اخبار کوانتومی -دستاورد جدید چین: درهمتنیدگی کوانتومی متغیر پیوسته در تراشه‌های فوتونیک
عنوان خبر: دستاورد جدید چین: درهمتنیدگی کوانتومی متغیر پیوسته در تراشه‌های فوتونیک
ژانر/موضوع: فوتونیک کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 21 فوریه 2025
لینک خبر: interestingengineering.com
چکیده:
دانشمندان چینی به دستاوردی مهم در فوتونیک کوانتومی دست یافته‌اند و اولین تراشه یکپارچه که قادر به تولید قطعی “درهمتنیدگی هشت‌حالته با متغیر پیوسته” است، را ساخته‌اند. این تراشه منبعی حیاتی برای فناوری‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است. این پژوهش که توسط محققان دانشگاه پکن و دانشگاه شانشی در مجلهٔ Nature منتشر شده، تراشه‌ای مبتنی بر ریزشانه کوانتومی نوری را نشان معرفی می‌کند که حالتهای چندجزئی درهمتنیده (کوانتومود) تولید می‌کند. این دستگاه یکپارچه امکان تولید حالتهای خوشهای روی تراشه را فراهم می‌کند که برای محاسبات و شبکه‌های کوانتومی ضروری است و راه را برای پردازنده‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر و ارتباطات کوانتومی پرسرعت هموار می‌کند. این پیشرفت، با رسیدن به کاربردهای احتمالی در سنجش و اندازه‌گیری، فوتونیک یکپارچه را به عنوان پیشتاز در روند توسعه فناوری‌های کوانتومی عملی مطرح می‌کند.
شرح کامل خبر:
تیمی از محققین چینی در دستاوردی تاریخی که می‌تواند فناوری‌های کوانتومی را شتاب بخشد، اولین درهمتنیدگی کوانتومی هشت-مُدی پیوسته (Continuous-variable) را روی یک تراشه نوری یکپارچه نمایش دادند. این تحقیق که در مجله Nature منتشر شده و توسط دانشمندان دانشگاه پکن و دانشگاه شانشی رهبری شده، مانع بزرگی در مقیاس‌پذیری دستگاه‌های کوانتومی فوتونیکی را پشت سر گذاشته و راه‌های جدیدی برای محاسبات کوانتومی، شبکه‌های امن و حسگری فوق دقیق باز می‌کند.
مقیاس‌پذیری درهمتنیدگی کوانتومی
درهمتنیدگی کوانتومی – پدیدهای که در آن ذرات بدون توجه به فاصله به هم مرتبط می‌شوند – پایه فناوری‌های کوانتومی است. درحالی که سیستمهای متغیر گسسته (با استفاده از فوتونهای منفرد به‌عنوان کیوبیت) در تولید قطعی درهمتنیدگی با چالش مواجه‌اند، سیستمهای متغیر پیوسته (CV) اطلاعات را در فازهای مربعی نور کدگذاری می‌کنند و امکان ایجاد درهمتنیدگی مقیاس‌پذیر روی تراشه را فراهم می‌سازند. این تیم از یک ریزشانه کوانتومی (quantum microcomb) استفاده کردند؛ دستگاهی مبتنی بر تراشه که فرکانسهای نوری با فواصل دقیق ساطع می‌کند تا حالتهای فشرده چندمُدی (multimode squeezed-vacuum) تولید کند. این حالت‌ها که ذاتاً درهم‌تنیده‌اند، یک خوشه هشت-مُدی تشکیل دادند – شبکه‌ای از کیومُدهای (حالتهای کوانتومی) به هم‌پیوسته که برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا حیاتی‌اند.
نوآوری در فناوری
این آزمایش از روش پمپاژ و آشکارسازی پلی‌کروماتیک همدوس (CPPD) برای حفظ همدوسی فاز در سراسر تراشه استفاده کرد تا درهمتنیدگی پایدار باشد. این تیم با نقض معیارهای وان لوک-فوروساوا (van Loock–Furusawa) –جداناپذیری حالت کوانتومی را اثبات کرد. علاوه بر این، آنها با نقشه‌برداری از همبستگی‌های خنثی‌کننده (nullifier)، ساختارهای درهمتنیدگی شبیه به خوشه‌های نظری را آشکار کردند. این نشان‌دهنده استحکام سیستم است که در فرکانسهای صدها مگاهرتز عمل می‌کند و مزیتی حیاتی برای ارتباطات کوانتومی پرسرعت فراهم می‌آورد.
از آزمایشگاه تا کاربردهای واقعی
پروفسور وانگ جیانوی از دانشگاه پکن گفت: «کار ما پیشگام تولید قطعی حالتهای خوشهای مستقیم روی تراشه کوانتومی CV است» و به قابلیت پیکربندی مجدد سیستم اشاره کرد. این روش برخلاف روش‌های دیگر، تولید قطعی و مقیاس‌پذیری قابل اطمینان را تضمین می‌کند که برای رایانه‌های کوانتومی عملی ضروری است. آکادمیسین گونگ کی هوانگ این دستاورد را «پیشرفتی در تراشه‌های کوانتومی فوتونیکی یکپارچه» خواند که شکاف کلیدی در مقیاس‌پذیری درهمتنیدگی را پر می‌کند.
پیشتر، این تیم یک تراشه کوانتومی فوتونیکی بسیار بزرگ توسعه داده بود که حدود ۲۵۰۰ قطعه را یکپارچه می‌کرد و هسته‌ای مقیاس‌پذیر و پایدار برای رایانه‌های کوانتومی آینده فراهم می‌کرد. سیستمهای CV یکپارچه مزایای ذاتی دارند: پایداری فاز، تلفات کم و سازگاری با زیرساختهای مخابراتی موجود، که آنها را برای فناوری‌های کوانتومی شبکه‌ای ایده‌آل می‌کند.
پیامدهای آینده
این پژوهش گامی به‌سوی محاسبات کوانتومی مقاوم به خطاست، جایی که حالتهای درهمتنیده بزرگ به‌صورت خودکار خطاها را اصلاح می‌کنند. همچنین درها را به سوی حسگری کوانتومی توزیع‌شده و شبکه‌های فوق امن می‌گشاید. با بلوغ فوتونیک یکپارچه، ترکیب ریزشانه‌ها و کدگذاری CV می‌تواند فناوری‌های کوانتومی را گسترش دهد و دستگاه‌های کوچک و قابل استفاده در دمای اتاق را ممکن سازد که جایگزینی ساده‌تر برای سیستمهای ابررسانای مبتنی بر دمای فوق سرد است.
با نزدیک شدن به «برتری کوانتومی»، این کار تراشه‌های فوتونیکی یکپارچه را به‌عنوان سنگ بنای انقلاب کوانتومی تثبیت می‌کند و نشان می‌دهد که توان علمی چین در حال شکل دادن به چشم‌انداز محاسبات آینده است.
منابع:
[1] https://interestingengineering.com/innovation/quantum-leap-china-us-rival-chip-breakthroughs?group=test_a
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
