پیشرفت در نمایش تداخل کوانتومی میان چندین تک‌فوتون

خلاصه خبر:

محققان مرکز VQC اتریش با طراحی یک ستاپ کارآمد برای پردازش چند فوتونی به پیشرفت مهمی در زمینه اپتیک کوانتومی دست یافته‌اند. این تیم با استفاده از یک منبع تک‌فوتون بر پایه نقاط کوانتومی، یک تداخل‌سنج time-bin و یک آشکارساز SNSPD، تداخل تا هشت فوتون را در 16 حالت مشاهده کردند. این روش به طور قابل توجهی منابع فیزیکی مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی را کاهش می دهد و می‌تواند راه را برای دستیابی به یه پردازنده کوانتومی فوتونیکی فراگیر هموار کند. برای تحقق این رویکرد، از یک معماری نوآورانه با استفاده از یک حلقه فیبر نوری استفاده شده که اجازه می‌دهد به طور مکرر از همان اجزای نوری استفاده شود و تداخل چند فوتونی کارآمد با حداقل منابع فیزیکی را ممکن می‌سازد و یک گام مهم به سمت فناوری‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است. 

توضیحات تکمیلی:

با همکاری بین المللی محققان به رهبری فیلیپ والتر در دانشگاه وین، پیشرفتی در فناوری کوانتومی حاصل شد. این تیم با موفقیت تداخل کوانتومی (quantum interference) را در بین چندین فوتون منفرد با استفاده از یک پلتفرم جدید و کارآمد از نظر منابع نشان داد. این تحقیق که در Science Advances منتشر شده است نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی نوری است که دری را به روی فناوری های کوانتومی مقیاس پذیرتر باز می کند.

تداخل کوانتومی، یک پدیده اساسی در اپتیک کوانتومی، نقش مهمی در محاسبات کوانتومی نوری با امکان رمزگذاری و پردازش اطلاعات کوانتومی ایفا می کند. به طور رایج، آزمایش‌های تداخل بر رمزگذاری فضایی تکیه می‌کردند که به تنظیمات پیچیده و اجزای متعددی نیاز دارد و مقیاس آن را به چالش می‌کشد.

در مقابل، تیم تحقیقاتی یک رویکرد رمزگذاری زمانی را اتخاذ کرد که دامنه زمانی فوتون‌ها را به جای آمار فضایی آنها دستکاری می‌کرد. آنها یک معماری نوآورانه با استفاده از یک حلقه فیبر نوری در آزمایشگاه کریستین داپلر در وین توسعه دادند که امکان تداخل چند فوتونی کارآمد با حداقل منابع فیزیکی را فراهم می کرد.

این آزمایش به تداخل کوانتومی بین حداکثر هشت فوتون دست یافت که از مقیاس بیشتر آزمایش‌های موجود فراتر رفت. رویکرد تیم تطبیق پذیری را ارائه می دهد و امکان پیکربندی مجدد الگوی تداخل و مقیاس پذیری را بدون تغییر تنظیمات نوری فراهم می کند.

در مقایسه با رویکردهای رایج رمزگذاری فضایی، معماری پیاده‌سازی شده کارایی منابع قابل توجهی را نشان داد. محققان از یک منبع تک فوتون نقطه کوانتومی و یک تداخل سنج با قابلیت برنامه ریزی سریع استفاده کردند و تداخل حداکثر هشت فوتون را در 16 حالت تنها با استفاده از یک آشکارساز ثبت کردند. این کاهش قابل توجه در سربار فیزیکی گامی حیاتی به سوی فناوری‌های کوانتومی در دسترس‌تر و مقیاس‌پذیرتر است.

نتایج نویدبخش توسعه یک پردازنده کوانتومی فوتونیکی جهان شمول در آینده است که در یک حالت فضایی واحد کار می کند. محققان با استفاده از این معماری کارآمد از نظر منابع و مزایای رمزگذاری زمانی، راه را برای کاربردهای عملی در اندازه‌شناسی (مترولوژی) و محاسبات کوانتومی هموار کرده‌اند.

دستیابی به تداخل کوانتومی با فوتون های منفرد با استفاده از این رویکرد نوآورانه، نقطه عطف قابل توجهی در زمینه فناوری کوانتومی است. این تحقیق نه تنها بینش هایی در مورد ماهیت بنیادی تداخل کوانتومی ارائه می دهد، بلکه مسیری را به سوی تحقق فناوری های کوانتومی قدرتمندتر و مقیاس پذیر برای طیف گسترده ای از کاربردها ارائه می دهد.

منبع

Lorenzo Carosini et al, Programmable multi-photon quantum interference in a single spatial mode, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adj0993.