محافظت از فوتون‌ها در برابر خطا با رایانه های کوانتومی جدید

تیمی بین‌المللی از محققان شامل فیزیکدانانی از دانشگاه روستوک آلمان و پژوهشگرانی از دانشگاه‌های کالیفرنیای جنوبی، فلوریدای مرکزی، پنسیلوانیا و سنت لوئیس، مکانیزم جدیدی را برای محافظت از یکی از منابع کلیدی در فناوری کوانتومی فوتونی، یعنی درهم‌تنیدگی نوری، توسعه داده‌اند. این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

یه گزارش فیزیکس اوآرجی، سال ۲۰۲۵ که از سوی سازمان ملل متحد به عنوان «سال بین‌المللی علم و فناوری کوانتومی» نام‌گذاری شده، مصادف با صدمین سالگرد شکل‌گیری مکانیک کوانتومی است. این توصیف شگفت‌انگیز و پیچیده از طبیعت در مقیاس‌های بسیار کوچک همچنان فیزیکدانان را مجذوب و متحیر می‌کند و در عین حال، پیامد‌های عملی آن به عنوان پایه فناوری‌های مدرن، علم مواد و تحول اساسی در علوم اطلاعات و ارتباطات شناخته می‌شود.

درهم‌تنیدگی، یکی از منابع کلیدی در محاسبات کوانتومی محسوب می‌شود. این پدیده، زیربنای الگوریتم‌ها و پروتکل‌هایی است که باعث می‌شود رایانه‌های کوانتومی از نظر قدرت پردازشی به‌طور نمایی از رایانه‌های کلاسیک پیشی بگیرند.

علاوه بر این، درهم‌تنیدگی امکان توزیع امن کلید‌های رمزنگاری را فراهم کرده و فوتون‌های درهم‌تنیده، حساسیت بالاتر و مقاومت بیشتری در برابر نویز ایجاد می‌کنند که به‌طور قابل توجهی از محدودیت‌های کلاسیک فراتر می‌رود.

با این حال، درهم‌تنیدگی خاصیتی بسیار حساس است که در اثر عوامل مخربی مانند نویز گرمایی ممکن است از بین برود. یکی از چالش‌های اساسی در فناوری‌های کوانتومی، حفظ پایدار این ویژگی در برابر پدیده‌ای به نام ناهمدوسی است.

تیم تحقیقاتی برای حل این چالش، از دینامیک پیچیده نور در مدار‌های فوتونی استفاده کرده است. در این فناوری، هنگامی که "سیم‌های فوتونی" در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند، نه‌تنها مسیر‌های از پیش تعیین‌شده‌ای برای هدایت نور ایجاد می‌شود، بلکه امکان "پرش" فوتون‌ها بین مسیر‌های مجاور نیز فراهم می‌گردد.

محققان با تنظیم دقیق این تعاملات بر اساس تقارن ضد زمان-هم‌ارزی (anti-parity-time symmetry)، موفق به حذف انتخابی اجزای غیر درهم‌تنیده‌ی حالات ورودی مختلف شدند. این فیلتر جدید در یک شبکه فوتونی بدون تلفات اجرا شده و توانسته است با دقتی نزدیک به ۱۰۰ درصد در شرایط تحریک تک‌فوتونی و دو‌فوتونی عمل کند. این فناوری همچنین مقیاس‌پذیر بوده و امکان افزایش تعداد فوتون‌ها را دارد، ضمن آن‌که در طول انتشار نیز در برابر ناهمدوسی مقاوم باقی می‌ماند.

یافته‌های این پژوهش مسیر جدیدی را در حوزه فوتونیک کوانتومی هموار می‌کند و نیاز به استفاده از مواد جاذب یا تقویت‌کننده را برطرف می‌سازد.

در نهایت این فناوری جدید که امکان تولید فوتون‌های درهم‌تنیده به‌صورت درخواستی و خالص‌سازی غیرمخرب درهم‌تنیدگی را روی یک تراشه نوری فشرده فراهم می‌کند، زمینه را برای توسعه فناوری‌های پیشرفته کوانتومی در پلتفرم‌های یکپارچه مهیا می‌سازد.

انتهای پیام/