اخبار کوانتومی – ساخت اولین تراشه همه کاره برای اینترنت کوانتومی

عنوان خبر:  ساخت اولین تراشه همه کاره برای اینترنت کوانتومی
ژانر/موضوع: مخابرات کوانتومی، شبکه کوانتومی، فوتونیک کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 29 مارس 2025
لینک خبر: scitechdaily

چکیده:

دانشمندان آزمایشگاه ملی اوک‌ریج (ORNL) و دانشگاه پردو یک تراشه فوتونیک سیلیکونی توسعه داده‌اند که عملکردهای کلیدی کوانتومی از جمله تولید، رمزگذاری و پردازش کیوبیت‌های درهم‌تنیده را در یک پلتفرم سازگار با فناوری CMOS ادغام می‌کند. با استفاده از رزوناتور میکرورینگ و splitter-rotator های قطبش، این تراشه بیش از ۱۱۶ جفت فوتون درهم‌تنیده قطبشی با پهنای باند بالا و فیدلیتی بالا (۹۰ تا ۹۸ درصد) در باندهای C + L مخابراتی تولید می‌کند که آن را برای شبکه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر ایده‌آل می‌کند. این تراشه که با زیرساخت‌های فعلی فیبر نوری سازگار است، از انتقال فرکانسی مالتی پلکس پشتیبانی کرده و راه‌حلی فشرده، قابل تولید انبوه و کاربردی برای ارتباطات کوانتومی ارائه می‌دهد. این پیشرفت گامی مهم در مسیر تحقق اینترنت کوانتومی ایمن و مقیاس‌پذیر به شمار می‌آید.

شرح کامل خبر:

پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) با همکاری دانشگاه پردو، گامی بلند به سوی تحقق اینترنت کوانتومی مقیاس‌پذیر برداشته‌اند. آن‌ها با ساخت یک تراشه فوتونیک سیلیکونی فشرده و قابل تولید انبوه، برای نخستین‌بار توانسته‌اند چندین عملکرد کلیدی فوتونیک کوانتومی را در یک پلتفرم واحد ادغام کنند. این نوآوری شامل تولید، کدگذاری و دست‌کاری کیوبیت‌های فوتونی درهم‌تنیده در قالب یک تراشه سازگار با فناوری CMOS است که نقطه عطفی در زیرساخت‌های شبکه کوانتومی به شمار می‌رود.

تراشه با استفاده از تکنیک‌های استاندارد ساخت CMOS ساخته شده و دو مؤلفه کلیدی را در بر دارد: یک تشدیدگر میکرورینگ پمپ‌شده دو طرفه به همراه رزوناتورهای جداکننده قطبش یا polarization splitter-rotators (PSR). تشدیدگر میکرورینگ به‌عنوان منبع تولید جفت فوتون درهم‌تنیده عمل کرده و در پهنای باندی بیش از ۹ تراهرتز، شامل باندهای مخابراتی C و L، فوتون‌های درهم‌تنیده تولید می‌کند. این فوتون‌ها از طریق فرآیند غیرخطی ترکیب چهارموچی خودبه‌خودی یا همان spontaneous four-wave mixing (SFWM) در میکرورینگ سیلیکونی تولید می‌شوند. PSRها نیز با تفکیک نور بر اساس قطبش، کیوبیت‌ها را کدگذاری و هدایت می‌کنند.

آنچه این پژوهش را متمایز می‌کند، تولید درهم‌تنیدگی قطبشی باند پهن است که امکان رمزگذاری اطلاعات بر بستر کانال‌های فرکانسی گوناگون را فراهم می‌سازد. این تراشه بیش از ۱۱۶ جفت کانال درهم‌تنیده فرکانسی تولید کرد که بیش از ۱۰۰ مورد از آن‌ها دارای فیدلیتی بالا (۹۰ تا ۹۸٪) بودند؛ رکوردی در فوتونیک کوانتومی یکپارچه. این کانال‌ها با فاصله‌گذاری ۳۸.۴ گیگاهرتز تنظیم شده‌اند و با استانداردهای مخابراتی DWDM کلاسیک سازگارند.

این سازگاری با زیرساخت‌های موجود فیبر نوری، امکان توسعه مقرون‌به‌صرفه شبکه‌های کوانتومی را بدون نیاز به نصب خطوط ارتباطی جدید فراهم می‌سازد. فرم فشرده تراشه—هم‌اندازه با یک گوشی هوشمند—امکان کاربرد آن را در دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی، سیستم‌های ناوبری خودران، و پلتفرم‌های موبایل در محیط‌های فاقد GPS فراهم می‌کند.

استفاده از بستر فوتونیک سیلیکونی تضمین می‌کند که این دستگاه مانند مدارهای مجتمع کلاسیک، در مقیاس صنعتی قابل تولید است. این پیشرفت، گامی مهم در گذار از آزمایش‌های نوری آزمایشگاهی به سامانه‌های ارتباطی کوانتومی در دنیای واقعی به شمار می‌رود. افزون بر این، طراحی میکرورینگ تراشه مسیری برای دستیابی به ابر-درهم‌تنیدگی (هم‌زمانی درهم‌تنیدگی در چند بُعد مانند قطبش و فرکانس) فراهم می‌کند که می‌تواند ظرفیت انتقال اطلاعات در شبکه‌های کوانتومی را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

در نهایت، این دستاورد یک سنگ‌بنای بنیادی برای تحقق اینترنت کوانتومی به‌شمار می‌رود—جایی که ارتباطات ایمن و پرسرعت کوانتومی میان رایانه‌ها، حسگرها و سایر دستگاه‌های کوانتومی ممکن می‌شود. تلاش‌های تیم ORNL نشان می‌دهد که ادغام عملکردهای پیچیده کوانتومی در یک تراشه ممکن است و گامی بزرگ در پیشبرد فوتونیک کوانتومی و تحقق اتصال کوانتومی گسترده و کاربردی به شمار می‌رود.

منابع:

[1] https://scitechdaily.com/scientists-build-first-all-in-one-chip-for-quantum-internet/

[2] https://opg.optica.org/opticaq/fulltext.cfm?uri=opticaq-2-4-254&id=554524

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