دانشمندان با فناوری نور پیچیده، سیگنالسازی کوانتومی را پیشرفت میکنند
نوشته توسط اندرو مایرز، دانشگاه استنفورد
ویرایش توسط گابی کلارک، بازنگری توسط رابرت ایگان
این مقاله بر اساس فرآیند و سیاستهای تحریریه Science X بررسی شده است. سردبیران ویژگیهای زیر را برجسته کردند تا از اعتبار محتوا اطمینان حاصل شود:
بررسی صحت
مقاله بازنگری شده توسط همتا
منبع معتبر
ویرایش نهایی
دستگاه کوچکی که بدون سردسازی شدید نور و الکترونها را در هم میپیوندد، میتواند فناوریهای کوانتومی را در حوزههای رمزنگاری، محاسبه و هوش مصنوعی متحول کند.
کامپیوترهای کوانتومی امروزی بزرگ، هزینهبر و غیرعملی هستند و در دماهایی نزدیک به منفی ۴۵۹ درجه فارنهایت (صفر مطلق) کار میکنند. در یک مقاله جدید، علمدانان مواد در دانشگاه استنفورد یک دستگاه نانومقیاس نوری معرفی کردند که در دمای اتاق عمل میکند و چرخش فوتونها (ذرات نور) و الکترونها را بههم میپیوندد تا ارتباط کوانتومی را فراهم سازد—روشی که با بهرهگیری از قوانین فیزیک کوانتومی، دادهها را انتقال و پردازش میکند. این فناوری میتواند عصر جدیدی از مؤلفههای کوانتومی کمهزینه و کممصرف انرژی را به ارمغان آورد که میتوانند در فواصل بزرگ ارتباط برقرار کنند.
«ماده مورد بحث واقعاً جدید نیست، اما روشی که از آن استفاده میکنیم متفاوت است»، میگوید جنیفر دیان، استاد علم و مهندسی مواد و نویسنده ارشد مقالهای که بهتازگی در Nature Communications درباره دستگاه جدید منتشر شده است. «این ماده یک اتصال چرخشی بسیار چندکاره و پایدار بین الکترونها و فوتونها فراهم میکند که پایه نظری ارتباط کوانتومی است. با این حال، معمولاً الکترونها چرخش خود را خیلی زود از دست میدهند که استفاده از آن را دشوار میسازد.»
دستگاه از لایهای نازک و الگودار از مولیبدن دیسلنید (MoSe2) که بر روی زیرلایهٔ سفت و نانوپترندار سیلیکونی قرار دارد، ساخته شده است. مولیبدن دیسلنید یکی از دستهای از مواد به نام دیکلکژنیدهای فلزات انتقالی (TMDCs) است که دارای ویژگیهای نوری مطلوب میباشند.
«ساختارهای نانویی سیلیکونی به ما امکان میدهند آنچه را «نور پیچیده» مینامیم، تولید کنیم»، توضیح میدهد فنگ پان، پژوهشگر پسادکترا در آزمایشگاه دیان و نویسندهٔ اول این مقاله و مجموعهای دیگر از مقالات که به بررسی دستگاههای کوانتومی در دمای اتاق میپردازند. «فوتونها بهصورت مارپیچ میچرخند، اما مهمتر این است که میتوانیم از این فوتونهای چرخان برای انتقال چرخش به الکترونها استفاده کنیم؛ الکترونها که قلب محاسبات کوانتومی هستند.»
کوچکتر، سادهتر، ارزانتر
«ساختارهای الگودار بهگونهای هستند که برای چشم انسان قابل مشاهده نیستند و اندازهٔ آنها تقریباً برابر با طول موج نور مرئی است»، دیان اضافه میکند. «اما آنها به ما امکان میدهند فوتونها را با دقت بسیار بالا کنترل کنیم تا آنها چرخش کنند—یعنی آنها را بهطور خاصی به سمت بالا یا پایین بچرخانیم.»
در ادامه، پان توضیح میدهد که این نور پیچیده میتواند «درهمتنیده» با چرخش الکترونها شود تا کیوبیتها، واحد پایهای ارتباط و محاسبهٔ کوانتومی، ایجاد شوند. چرخش یک کیوبیت در محاسبات کوانتومی همان نقشی را ایفا میکند که ۱ و ۰ در محاسبهٔ دودویی سنتی دارند.
برای افزایش پایداری کیوبیتها، سامانههای کوانتومی سنتی باید در دماهای بسیار پایین کار کنند تا از از دست رفتن (یا «دیکوهرنس») حالت حساس کوانتومی جلوگیری شود. این امر باعث میکند آنها بزرگ، هزینهبر و غیرعملی باشند. در مقایسه، دستگاه جدید از آزمایشگاه دیان کوچک، نسبتاً کمهزینه و عملی است.
عملکرد در دمای اتاق گامی بزرگ در مسیر غلبه بر پیچیدگیها و هزینههای سرمایش شدید است، محققان میگویند. این دستگاه میتواند در نهایت زمینهساز معرفی فناوریهای کوانتومی در کاربردهای گستردهتر شود و احتمالاً زمینهٔ رمزنگاری، حسگرهای پیشرفته، محاسبهٔ با کارایی بالا، هوش مصنوعی و حوزههای دیگر را دگرگون سازد.
اهمیت مواد
دینون و پان بهدلیل ویژگیهای منحصربهفرد کوانتومی خود، TMDCها را هدف قرار دادند و با متخصصان TMDC در استنفورد، اساتید فنگ لیو و تونی هاینز همکاری کردند. «همه چیز به این ماده و چیپ سیلیکونی ما بستگی دارد»، پان میگوید. «با هم، آنها بهطور مؤثر نور پیچیده را مهار و تقویت میکنند تا یک اتصال قوی چرخشی بین فوتونها و الکترونها ایجاد کنند. این امر حالت کوانتومی را که ارتباط کوانتومی را ممکن میسازد، پایدار مینماید.»
دینون و پان هماکنون در حال بهبود دستگاه خود هستند و به بررسی TMDCها و ترکیبات دیگر مواد میپردازند تا عملکرد کوانتومی بیشتری بهدست آورند یا شاید قابلیتهای کوانتومی جدیدی شناسایی کنند که در دمای اتاق هنوز امکانپذیر نیست.
پیشنهادهای دیگر، پژوهشگران در صدد یافتن راههایی برای ادغام دستگاه خود در شبکههای کوانتومی بزرگتر هستند. برای این کار، طبق گفته دینون، حوزه به منابع نوری جدید و بهتر، مدولاتورها، آشکارسازها و اتصالات نیاز دارد. چشمانداز نهایی این است که سامانههای کوانتومی را بهدرجة مینیاتوریزه کنیم که در دستگاههای روزمره جاسازی شوند و به بخشی امری عام از فناوریهای مدرن تبدیل شوند؛ روزی که هنوز سالها در پیش دارد.
«اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم، شاید روزی بتوانیم محاسبهٔ کوانتومی را در یک تلفن همراه انجام دهیم»، پان با لبخند میگوید. «اما این برنامهای بیش از ده سال آینده است.»
اطلاعات بیشتر: Feng Pan et al, انتشار انتخابی درهای در دماهای اتاق در هتروساختارهای Si-MoSe2 با بهرهگیری از حفرههای کیروآپتیک با فاکتور کیفی بالا، Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66502-4
اطلاعات مجله: Nature Communications
ارائه شده توسط دانشگاه استنفورد
منبع: Scientists advance quantum signaling with twisted light technology (2025, December 2) retrieved 2 December 2025 from https://phys.org/news/2025-12-scientists-advance-quantum-technology.html
این سند تحت حق تکثیر است. بهجز هر گونه استفاده منصفانه برای مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخش از آن بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. این محتوا صرفاً جهت اطلاعرسانی ارائه شده است.