پژوهشگران دانشگاه هاروارد با طراحی متاسرفیس‌های نانومقیاس موفق شدند اجزای حجیم نوری در رایانش کوانتومی را در یک تراشه فوق‌باریک جای دهند؛ اقدامی که می‌تواند راه را برای ساخت رایانه‌ها و شبکه‌های کوانتومی کوچک‌تر، پایدارتر و قابل توسعه هموار کند.

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، دانشمندان مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان آ. پل‌سون دانشگاه هاروارد موفق شدند گامی اساسی در مسیر توسعه رایانش کوانتومی بردارند، این گروه پژوهشی با طراحی متاسرفیس‌های نانوساختار، موفق به تولید تراشه‌ای فوق‌باریک شدند که قادر است وظایف پیچیده اجزای نوری متداول در سامانه‌های کوانتومی را انجام دهد (آن‌هم در ابعادی کمتر از ضخامت موی انسان).

این نوآوری که در نشریه Science منتشر شده و توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی آمریکا (AFOSR) حمایت مالی شده، با هدف حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های رایانش کوانتومی طراحی شده است: مقیاس‌پذیری و پایداری، در سامانه‌های سنتی، فوتون‌ها (ذرات بنیادی نور) با استفاده از اجزایی همچون راهنماهای نوری، آینه‌ها، لنزها و جداکننده‌های پرتوی، وارد حالت‌های کوانتومی می‌شوند. اما این اجزا حجیم، گران‌قیمت و دارای خطا هستند. گروه هاروارد به رهبری فدریکو کاپاسو، توانست متاسرفیسی طراحی کند که تمامی این وظایف را در قالب ساختاری تخت و نانومقیاس انجام می‌دهد.

کرولوس یوسف، دانشجوی دکتری و نویسنده اصلی مقاله، در این‌باره گفت «ما اکنون می‌توانیم یک آرایش کامل نوری را در یک متاسرفیس کوچک و بسیار پایدار فشرده‌سازی کنیم. این موضوع می‌تواند تحولی بزرگ در طراحی رایانه‌ها و شبکه‌های کوانتومی ایجاد کند.»

از مزایای این روش می‌توان به کاهش تلفات نوری، حذف نیاز به تراز دقیق اجزا، سادگی در ساخت، و مقاومت بیشتر در برابر اختلالات محیطی اشاره کرد. اما طراحی چنین متاسرفیسی نیازمند روشی خاص برای درک و کنترل رفتار فوتون‌ها است، اینجا بود که نظریه گراف وارد میدان شد. پژوهشگران با استفاده از گراف‌ها توانستند مسیرهای تداخل فوتون‌ها و حالات کوانتومی آن‌ها را مدل‌سازی کرده و طراحی متاسرفیس را با در نظر گرفتن ویژگی‌هایی همچون شدت، فاز و قطبش نوری انجام دهند.

این پژوهش با همکاری آزمایشگاه مارکو لونکار، متخصص در فوتونیک مجتمع کوانتومی، انجام شد. نیل سینکلر، پژوهشگر همکار، گفت «این کار نه‌تنها چالشی دیرینه در رایانش نوری کوانتومی را حل می‌کند، بلکه دیدگاهی نو برای درک و طراحی متاسرفیس‌ها در حوزه نور کوانتومی ارائه می‌دهد.» این فناوری می‌تواند در آینده‌ای نزدیک، ساخت رایانه‌های کوانتومی در دمای اتاق و ابزارهای پیشرفته‌ای همچون حسگرهای کوانتومی یا آزمایشگاه‌های روی تراشه را ممکن کند.

کد خبر 888452