پژوهشگران چینی موفق به طراحی و ساخت نسل جدیدی از تراشه‌های فوتونیک کوانتومی شده‌اند که قادر است محدودیت‌های اساسی تراشه‌های پیشین را از میان بردارد و مسیر را برای توسعه پردازنده‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر هموار سازد. این دستاورد مهم، که نتایج آن در نشریه معتبر Nature Nanotechnology به چاپ رسیده، با ادغام مولکول‌های نورگسیل تک‌فوتونی در موج‌برهای تک‌مد، امکان تولید فوتون‌های کاملاً همسان را فراهم کرده است.
<h2 class="h2-title">تراشه فوتونیک کوانتومی؛ رویای محاسبات نوین به واقعیت نزدیک می‌شود</h2>
فوتونیک کوانتومی به دلیل بهره‌گیری از ذرات نور (فوتون‌ها) برای پردازش و انتقال اطلاعات، یکی از امیدبخش‌ترین فناوری‌ها در افق محاسبات کوانتومی، ارتباطات امن و شبیه‌سازی سیستم‌های پیچیده به شمار می‌رود. برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که بر پایه بیت‌های باینری (۰ و ۱) عمل می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از "کیوبیت"ها (qubits) استفاده می‌کنند که می‌توانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند (برهم‌نهی کوانتومی). فوتون‌ها به عنوان کیوبیت‌های نوری، سرعت و پایداری بالایی دارند، اما چالش اصلی همواره در ادغام تعداد زیادی از این منابع تک‌فوتونی به صورت پایدار و هم‌فاز (با ویژگی‌های یکسان) روی یک تراشه بوده است. این همسانی برای انجام عملیات کوانتومی دقیق و قابل اعتماد ضروری است.
<h2 class="h2-title">چالش‌های پیشین در تولید تراشه فوتونیک کوانتومی و راهکار نوآورانه</h2>
پیش از این، بسیاری از تراشه‌های کوانتومی از گسیل‌گرهای حالت‌جامد برای تولید فوتون استفاده می‌کردند. این گسیل‌گرها غالباً با پدیده‌ای به نام «پراکنش طیفی» مواجه بودند که مانع از تولید فوتون‌هایی با طول‌موج و فاز کاملاً یکسان می‌شد. این عدم همسانی، دستیابی به قابلیت‌های کامل محاسبات کوانتومی را با محدودیت‌های جدی روبرو می‌ساخت. پژوهش جدید، این مشکل را با معرفی رویکردی متفاوت حل کرده است:
استفاده از مولکول‌های آلی تک‌فوتونی: به جای گسیل‌گرهای حالت‌جامد، از مولکول‌های آلی خاصی استفاده شده که درون نانولایه‌های آلی تک‌بلوری جاسازی می‌شوند.
تولید فوتون‌های کاملاً همسان: این آرایش منحصر به فرد باعث می‌شود فوتون‌های گسیل‌شده از دو مولکول مستقل، کاملاً از نظر فیزیکی یکسان باشند.
اثبات با تداخل هانگ-او-ماندل (HOM): این فوتون‌های همسان، پدیده تداخلی معروف Hong Ou Mandel را به وضوح نشان می‌دهند که یک شاخص کلیدی برای سنجش میزان همسانی ذرات کوانتومی است. این اثر تنها زمانی رخ می‌دهد که فوتون‌ها از هر نظر یکسان باشند.
<h2 class="h2-title">نحوه عملکرد تراشه فوتونیک کوانتومی با مولکول‌های آلی تک‌فوتونی</h2>
پلتفرم این تراشه پیشرفته، ترکیبی از چندین فناوری نوین است که امکان کنترل دقیق و ادغام فوتون‌ها را فراهم می‌آورد. این پلتفرم از اجزای زیر تشکیل شده است:
نانولایه‌های آلی: میزبان مولکول‌های فلورسنت DBT که وظیفه تولید تک‌فوتون‌ها را بر عهده دارند.
مدارهای فوتونیک سیلیکون‌نیترید: مسئول هدایت فوتون‌ها با دقت بالا در مسیرهای تعیین‌شده.
میکروالکترودهای فلزی: برای اعمال میدان‌های الکتریکی دقیق و تنظیم فرکانس انتشار هر مولکول به صورت مستقل.
با اعمال میدان‌های الکتریکی بسیار دقیق، پژوهشگران توانستند فرکانس انتقال دو مولکول را در کانال‌های موج‌بر مجزا تنظیم کنند و آنها را از نظر فوتونی کاملاً یکسان سازند. پس از این تنظیم دقیق، فوتون‌های هر مولکول به یک تقسیم‌کننده پرتو بر روی تراشه هدایت شده و تداخل HOM آنها اندازه‌گیری شد. این اندازه‌گیری، مهر تاییدی بر همسانی بی‌سابقه فوتون‌ها در این تراشه فوتونیک کوانتومی جدید است.
<h2 class="h2-title">افق‌های تازه برای تراشه فوتونیک کوانتومی: از نظریه تا عملیات منطقی</h2>
به گفته شو ون چن، نویسنده مسئول این مقاله، این دستاورد یک گام بنیادین در توسعه تراشه‌های مولکولی فوتونیک به شمار می‌رود که می‌تواند چندین منبع تک‌فوتونی هم‌فاز را به طور همزمان روی یک پلتفرم جای دهد. تیم پژوهشی اکنون قصد دارد تا با افزایش تعداد منابع فوتونی در تراشه و بهره‌گیری از ساختارهایی مانند میکروحفره‌ها و موج‌برهای نور کند، برهم‌کنش نور و ماده را به شکل چشمگیری تقویت کند. این اقدامات نه تنها پایداری و کارایی را افزایش می‌دهد، بلکه زمینه را برای پیچیدگی‌های بیشتر در پردازنده‌های کوانتومی فراهم می‌آورد.
توسعه این فناوری نویدبخش آینده‌ای است که در آن عملیات منطقی کوانتومی به صورت مستقیم روی تراشه انجام می‌شود و معماری‌های پیشرفتهای برای پردازش اطلاعات کوانتومی قابل طراحی خواهد بود. این پیشرفت در حوزه تراشه فوتونیک کوانتومی می‌تواند صنایع مختلفی از جمله داروسازی، مالی و رمزنگاری را متحول کند و دوران جدیدی را در محاسبات آغاز نماید.
پایگاه خبری مجتمع نوآوری فرداد
مطالب مرتبط
- اینتل با چیپ گرافیکی BMG-G31، بازار را با چهار نسخه حرفه‌ای و مصرفی هدف قرار می‌دهد
- AMD با وعده پشتیبانی پایدار از نسل‌های RDNA 1 و RDNA 2، وفاداری کاربران خود را تضمین می‌کند
- انویدیا با پلتفرم ARC و همکاری نوکیا، جهش بزرگی به سمت عصر 6G را رهبری می‌کند
- تراشه‌های ۲ نانومتری اپل، کوالکام و مدیاتک رقابت بازار موبایل را در ۲۰۲۶ شعله‌ور می‌کنند
ماهان زند
من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی کامپیوتر هستم و از دوران نوجوانی به دنیای فناوری علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۷ با نوشتن مقاله‌های نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر در نشریات مختلف فعالیت کردم و در حال حاضر، به عنوان دبیر بخش فناوری‌های نو در یک مجله معتبر تکنولوژی مشغول به کار هستم. تلاش من این است که آخرین اخبار و پیشرفتهای دنیای فناوری را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.
