تراشه‌ای به نازکی کاغذ که جایگزین سیستم‌های پیچیده می‌شود

پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد (SEAS) موفق به توسعه متاسطحی فوق‌نازک شده‌اند که می‌تواند تمام عملکردهای سیستم‌های کوانتومی نوری را در یک تراشه کوچک انجام دهد.

به گزارش ایتنا و به نقل از سای‌تک‌دیلی، گفته می‌شود که این پیشرفت می‌تواند مشکل مقیاس‌پذیری در کامپیوترهای کوانتومی را حل کند.

بر این اساس، فدریکو کاپاسو، استاد فیزیک کاربردی و سرپرست این پژوهش، توضیح می‌دهد: «ما با استفاده از متاسطح‌های مهندسی‌شده که با الگوهای نانومتری طراحی شده‌اند، توانسته‌یم تمام تجهیزات حجیم کوانتومی نوری را در یک تراشه کوچک جای دهیم».

این متاسطح‌ها قادرند حالت‌های درهم‌تنیده فوتونی را ایجاد و عملیات کوانتومی پیچیده را انجام دهند - دقیقاً مانند سیستم‌های نوری بزرگ‌مقیاس.

گفتنی است که سیستم‌های سنتی کوانتومی نوری به تعداد زیادی قطعات حساس مانند موج‌برها، عدسی‌ها و آینه‌ها نیاز دارند که نگهداری و مقیاس‌پذیری آنها را دشوار می‌سازد. کرولوس یوسف، دانشجوی دکترا و نویسنده اول این مقاله، می‌گوید: «اکنون می‌توانیم کل یک سیستم نوری را در یک متاسطح پایدار و مقاوم مینیاتوری کنیم.»

طراحی چنین متاسطحی با چالش‌های منحصر به فردی روبرو بود، زیرا با افزایش تعداد فوتون‌ها و کیوبیت‌ها، پیچیدگی ریاضی سیستم به طور تصاعدی افزایش می‌یابد.

پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل، از نظریه گراف - شاخه‌ای از ریاضیات که ارتباطات را با نقاط و خطوط نمایش می‌دهد - استفاده کردند. این رویکرد به آن‌ها امکان داد تا نحوه تداخل فوتون‌ها را پیش‌بینی و اثرات آن را در آزمایش‌ها بررسی کنند.

این نوآوری نه‌تنها راه را برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی در دمای اتاق هموار می‌کند، بلکه می‌تواند در حسگرهای کوانتومی و سیستم‌های «آزمایشگاه روی تراشه» نیز کاربرد داشته باشد.