پژوهشگران پیشگام از دانشگاه‌های معتبر بوستون، برکلی کالیفرنیا و نورث‌وسترن، با رونمایی از نخستین تراشه یکپارچه الکترونیک-فوتونیک-کوانتومی جهان، فصل جدیدی در توسعه فناوری‌های کوانتومی گشودند. این دستاورد بی‌سابقه، که با استفاده از فرآیندهای استاندارد و تجاری صنعت نیمه‌رسانا محقق شده، امیدها را برای عملیاتی شدن و تولید انبوه تراشه‌های کوانتومی در آینده نزدیک به شدت افزایش داده است.
تراشه کوانتومی یکپارچه: جهشی نوین در تولید منابع نور کوانتومی
این تراشه کوانتومی پیشرفته، با قابلیت مدیریت و پایدارسازی همزمان دوازده منبع نور کوانتومی، نقطه عطفی در معماری سیستم‌های کوانتومی به شمار می‌رود. نکته کلیدی اینجاست که تولید این تراشه با استفاده از فرآیند ۴۵ نانومتری استاندارد تجاری (CMOS) صورت گرفته، که به معنای امکان تولید انبوه و کاهش چشمگیر هزینه‌ها در مقایسه با روش‌های آزمایشگاهی پیشین است.
هر یک از این منابع نور کوانتومی، که فضایی کمتر از یک میلی‌متر مربع را اشغال می‌کند، مسئول تولید جفت‌های فوتون درهم‌تنیده است. فوتون‌های درهم‌تنیده (Entangled Photons) ذرات بنیادی نور هستند که درهم‌تنیدگی کوانتومی ویژگی اصلی آن‌هاست؛ حالتی که در آن دو ذره حتی در فواصل زیاد نیز به صورت آنی به هم وابسته باقی می‌مانند. این ویژگی پایه و اساس رایانش کوانتومی، حسگرهای فوق‌دقیق و ارتباطات کوانتومی امن در آینده خواهد بود. پیش از این، تولید چنین منابعی اغلب نیازمند تجهیزات بزرگ و پیچیده آزمایشگاهی بود، اما یکپارچه‌سازی آن در قالب یک تراشه کوانتومی، مقیاس‌پذیری را به ارمغان می‌آورد.
پایداری تراشه کوانتومی: چالش بزرگ، راه‌حل هوشمندانه
یکی از بزرگترین چالش‌ها در توسعه تراشه‌های کوانتومی و منابع نور کوانتومی، حساسیت شدید رزوناتورهای میکروسکوپی به نوسانات دما و خطاهای ساخت است که می‌تواند به سرعت هماهنگی و درهم‌تنیدگی کوانتومی را برهم زند. در یک نوآوری برجسته، تیم پژوهشی برای نخستین بار سیستم‌های کنترل و پایدارسازی را به طور مستقیم روی خود تراشه جاسازی کرده‌اند.
این مکانیزم شامل فوتودیودهای داخلی است که هرگونه انحراف را بلافاصله تشخیص می‌دهند. سپس، هیترهای تعبیه‌شده روی تراشه، در کنار منطق کنترلی پیشرفته، اصلاحات لازم را در کسری از ثانیه اعمال می‌کنند و پایداری منابع نور کوانتومی را تضمین می‌کنند. دکتر میلوش پوپوویچ، دانشیار دانشگاه بوستون، این دستاورد را "گامی کوچک اما بسیار مهم" توصیف کرده و تأکید دارد که "این پژوهش نشان می‌دهد می‌توان سیستم‌های کوانتومی تکرارپذیر و قابل‌کنترل را در کارخانه‌های تجاری نیمه‌رسانا ساخت." این رویکرد نوآورانه، مسیر را برای ساخت تراشه‌های کوانتومی قابل اعتماد و مقاوم هموار می‌سازد.
افق‌های روشن با تراشه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر
انیرود رامش، دانشجوی دکترا از دانشگاه نورث‌وسترن و رهبر بخش اندازه‌گیری‌های کوانتومی، هیجان خود را از این بابت ابراز داشت: "هیجان‌انگیزترین بخش، پایداری لحظه‌ای یک فرآیند کوانتومی دقیقاً روی تراشه است؛ گامی حیاتی به سوی سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر."
دشواری اصلی در این پروژه، هماهنگ کردن الزامات دقیق اپتیک کوانتومی با محدودیت‌های سفت و سخت فرآیندهای تجاری CMOS (نیمه‌رسانای مکمل اکسید فلز) بود. موفقیت در این امر، نه تنها به این معنی است که می‌توان تراشه‌های کوانتومی را در همان پلتفرم ۴۵ نانومتری که پیش‌تر برای اتصالات هوش مصنوعی و ابرکامپیوترها استفاده می‌شد، تولید کرد، بلکه افق‌های جدیدی را برای تولید انبوه و تجاری‌سازی فناوری کوانتومی می‌گشاید. این دستاورد می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای داشته باشد، از جمله:
رایانش کوانتومی پیشرفته: امکان ساخت کامپیوترهای کوانتومی با قدرت پردازش بی‌نظیر برای حل مسائل پیچیده علمی، رمزگشایی و طراحی مواد جدید.
ارتباطات کوانتومی امن: تضمین امنیت بی‌قید و شرط داده‌ها از طریق رمزنگاری کوانتومی که در برابر هرگونه استراق سمع مقاوم است.
این پیشرفت نه تنها مسیر را برای ورود فناوری کوانتومی به عرصه تولید صنعتی هموار می‌سازد، بلکه اثبات می‌کند آینده رایانش، حسگرها و ارتباطات امن می‌تواند بر پایه‌های فناوری‌های نیمه‌رسانای موجود بنا شود. توسعه این تراشه کوانتومی، گامی قاطع در تبدیل رویاهای کوانتومی به واقعیت‌های ملموس و قابل استفاده در مقیاس وسیع است.
مطالب مرتبط
- نیروی هوایی آمریکا با بهره‌گیری از ۱۷۶۰ کنسول پلی‌استیشن ۳، ابررایانه‌ای قدرتمند خلق کرد
- توشیبا با آزمایش موفق HDD دوازده‌دیسکه مسیر دستیابی به هارد ۴۰ ترابایتی را هموار کرد
- کمپ‌های روباتی چین؛ پایلوت روبات‌های انسان‌نما در فضاهای واقعی
- چرا دموی عینک‌های هوشمند متا در Meta Connect شکست خورد؟
من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی نرم‌افزار هستم و از همان دوران دانشگاه به دنیای تکنولوژی و تحولات آن علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۶ با نوشتن مقالات تحلیلی درباره هوش مصنوعی و برنامه‌نویسی در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر با مجلات و وب‌سایت‌های مختلف تکنولوژی همکاری کردم و اکنون به عنوان دبیر سرویس فناوری‌های نوظهور در یک مجله معتبر تکنولوژی فعالیت می‌کنم. تلاش من این است که آخرین پیشرفت‌ها و دستاوردهای این حوزه را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.
