خلاصه خبر:
دانشمندان دانشگاه استنفورد با حمایت مرکز Q-NEXT، با ترکیب الماس و نیوبات لیتیوم به عنوان یک دستگاه کوانتومی واحد، به پیشرفت بزرگی در پردازش اطلاعات کوانتومی دست یافته‌اند. این مطالعه کارایی 92 درصدی را در انتقال نور بین دو ماده روی یک تراشه نشان داد. ساختار مولکولی الماس، که به دلیل میزبانی کیوبیت‌های بادوام شناخته می‌شود، با لیتیوم نیوبات، که به دلیل توانایی آن در دستکاری فرکانس‌های نور ارزشمند است، ادغام شده است. این سیستم تجهیزات حجیم را حذف می‌کند و یک پلتفرم پایدار و کوچک با کاربردهای بالقوه در شبکه‌های ارتباط کوانتومی ارائه می‌دهد. علیرغم چالش‌هایی که در فرایند مونتاژ وجود دارد، این موفقیت گامی مهم به سوی مدارهای فوتونیک کوانتومی یکپارچه مقیاس‌پذیر است.
توضیحات تکمیلی:
در یک پیشرفت پیشگامانه در زمینه اطلاعات کوانتومی، محققان با موفقیت الماس و نیوبات لیتیوم را به عنوان یک دستگاه کوانتومی واحد ترکیب کردند و بازدهی استثنایی 92 درصدی را در انتقال نور بین این دو ماده نشان دادند. این مطالعه که در ACS Photonics به چاپ رسیده و توسط مرکز Q-NEXT حمایت شده است، یک جفت ماده امیدوارکننده را معرفی می‌کند که می‌تواند فناوری‌های کوانتومی را متحول کند. الماس به دلیل مناسب بودن برای میزبانی از کیوبیت‌های قوی و لیتیوم نیوبات به خاطر فراهم‌سازی امکان دستکاری فرکانس‌های نور ارزش دارند و در اینجا در یک تراشه ادغام شده‌اند. این روش، نیاز به تجهیزات پیچیده را از بین می‌برد و پلتفرمی پایدارتر و کوچک‌تر ارائه می‌دهد.
این تحقیق که توسط دانشمندان دانشگاه استنفورد انجام شده، نشان‌دهنده گامی مهم در جهت ایجاد مدارهای فوتونیک کوانتومی یکپارچه مقیاس‌پذیر با کاربرد در شبکه‌های مخابرات کوانتومی است. اطلاعات کوانتومی معمولاً از طریق کیوبیت ها منتقل می‌شود و در این مطالعه، محققان از ذرات نور به عنوان حامل اطلاعات کوانتومی استفاده کرده‌اند. تراشه به دست آمده می‌تواند به عنوان یک کیوبیت ثابت برای افزایش اطمینان در شبکه های کوانتومی عمل کند. هرچه کیوبیت ثابت قوی‌تر باشد، شبکه کوانتومی قابل اعتمادتر است و این می‌تواند راه را برای شبکه‌های بین‌قاره‌ای هموار کند.
علیرغم این موفقیت، تیم تحقیقاتی با چالش هایی در فرآیند مونتاژ، به ویژه در تراز کردن ساختارهای الماس در مقیاس نانو با لیتیوم نیوبات مواجه شدند. این فرآیند پیچیده شامل دستکاری الماس با اندازه 300 نانومتر برای هم‌راستایی دقیق با لیتیوم نیوبات است. این تیم همچنین باید نور انتقال یافته را به دقت اندازه‌گیری می‌کرد تا از میزان دقت برای تعیین کارایی ارتباط کوانتومی اطمینان حاصل کند. علیرغم این چالش‌ها، این پیشرفت نشان‌دهنده نقطه عطف مهمی است و محققان قصد دارند آزمایش‌های بیشتری را برای کشف مزایای متنوع ارائه شده توسط الماس و لیتیوم نیوبات، به صورت جداگانه و ترکیبی انجام دهند. این دستاورد نویدبخش توسعه طیف وسیعی از دستگاه‌های کوانتومی است که از ویژگی‌های منحصر به فرد این مواد بهره می‌برند.
منبع
Argonne National Laboratory. "A Promising Pairing: Scientists Demonstrate New Combination of Materials for Quantum Science". Argonne National Laboratory.” Www.anl.gov, 14 Dec. 2023, www.anl.gov/article/a-promising-pairing-scientists-demonstrate-new-combination-of-materials-for-quantum-science. Accessed 26 Dec. 2023.
Riedel, Daniel, et al. "Efficient Photonic Integration of Diamond Color Centers and Thin-Film Lithium Niobate." ACS Photonics, 10912) 2023, 4236–4243. DOI:10.1021/acsphotonics.3c00992.
