پیچیده‌ترین مدار مجتمع کوانتومی!

[∆ MeRzaD ∆]

پژوهشگران توانسته‌اند پیچیده‌ترین مدار مجتمع کوانتومی، از نظر عملکرد، را با استفاده از یک نوع ماده که قادر به تولید و درهم‌تنیدگی همزمان فوتون‌هاست، بسازند. این مدار شامل دو منبع فوتونی است که بر روی یک تراشه‌ی سیلیکونی قرار گرفته‌اند و تداخل کوانتومی انجام می‌دهند.

تداخل کوانتومی بخش مهمی از فناوری و الگوریتم‌های پردازش اطلاعات کوانتومی به شمار می‌رود. برای مشاهده‌ی این اثر منحصر به فرد، فوتون‌های بکار رفته باید تمیزناپذیر باشند. یعنی فوتون‌ها باید یکسان سازی و نیز از منابع فوتونی همانندی تولید شوند؛ پدیده‌ای که دست یافتن به آن در گذشته دشوار بوده است.

اکنون گروهی از پژوهشگران ژاپنی، هلندی و انگلیسی به سرپرستی مارک تامسون (Mark Thompson) از دانشگاه برستول توانسته‌اند بر این موانع غلبه کنند و دستیابی به دو منبع فوتونیِ همانند بر روی یک تراشه‌ی سیلیکونی را تحقق بخشند. تامسون توضیح می‌دهد: «این دو منبع، نور درهم‌تنیده تولید می‌کنند که قابل کنترل است و روی همان تراشه تداخل کوانتومی صورت می‌گیرد.»

روش ترکیب چهار موج

 

برای تولید فوتون‌ها روی تراشه، پژوهشگران از یک لیزر پمپی مادون قرمز کمک گرفته‌اند. باریکه‌ی این لیزر از طریق برهمکنش غیرخطی با ماده‌ی سیلیکونی طی فرآیندی که ترکیب چهار موج خود به خودی خوانده می‌شود، جفت‌های فوتونی تولید می‌کند.

جاش سیلورستون (Josh Silverstone) عضوی از گروه می‌گوید: «ما این باریکه را به دو نقطه روی تراشه تزریق کردیم (پس از آن این مناطق به دو منبع تبدیل شدند) و دقیقاً طول مسیر طی شده توسط فوتون‌ها را از طریق یکی از منبع‌ها با تغییر دادن دمای یکی از دو موجبر موجود در تراشه، کنترل و فریزهای تداخلی را مشاهده کردیم.»

تامسون معتقد است که مزیت عمده‌ی چنین روش‌هایی آن است که ساختارهای مربوطه می‌توانند با شیوه‌هایی مشابه آن‌هایی که برای ساخت ریزالکترونیک‌های مدرن CMOS مورد استفاده قرار می‌گیرند، تولید شوند.

این گروه توانسته است تداخل کوانتومی بسیار خوبی را پدید آورد که نشان دهنده‌ی آن است که این دو منبع به خوبی با یکدیگر تطبیق داده شده‌اند. تامسون می‌گوید: «چنین تطابق خوبی پیش‌نیاز ساخت یک سیستم کوانتومی-اپتیکی در مقیاس بزرگتر است.»

این مدار همچنین می‌تواند جهت انجام آزمایش‌های پیچیده‌تر مورد استفاده قرار گیرد. تامسون می‌افزاید: «کاربردهای بیشتری در آینده وجود خواهد داشت؛ چراکه ممکن است بسیاری از منبع‌های جفت فوتونی روی تراشه‌های سیلیکونی منفرد ترکیب ‌شوند و به طور کارآمد با یکدیگر عمل کنند.»

این مدار در Nature Photonics توضیح داده شده است.