← أحدث الأبحاث
⚛️ quantum physics

Generation of entanglement statistics with a large-scale integrated photonic-electronic circuit

تُظهر هذه الورقة البحثية نهجاً كهروضوئياً قابلاً للتوسع لمعالجة المعلومات الكمومية من خلال استخدام دائرة ضوئية-إلكترونية متكاملة ذات 32 قناة لخلط التيارات الضوئية التناظرية في نطاق الترددات اللاسلكية، مما نجح في توليد التشابك مع قيمة ذاتية للمرآة الجزئية تبلغ 0.99270، ويمهد الطريق لأجهزة حاسوب كمومية هجينة ضوئية-إلكترونية.

المؤلفون الأصليون: Volkan Gurses, Ali Hajimiri

نُشر 2026-09-09
📖 4 دقيقة قراءة🧠 قراءة متعمّقة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Volkan Gurses, Ali Hajimiri

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تسعى علوم المعلومات الكمومية إلى تسخير القواعد الغريبة لعالم الجسيمات دون الذرية لمعالجة البيانات بطرق مستحيلة على الحواسيب الكلاسيكية. ويتضمن أحد النهج الرئيسية ترميز المعلومات ليس في جسيمات متميزة مثل الفوتونات المنفردة، بل في الخصائص الموجية المستمرة للضوء، مثل قوة وتوقيت تذبذباته. ولبناء آلة قادرة على إجراء حسابات معقدة باستخدام هذه الموجات، يجب أن يكون العلماء قادرين على خلط وتحويل العديد من الإشارات الضوئية المختلفة في وقت واحد. تاريخياً، تطلب هذا شبكات معقدة من المرايا، ومقسمات الأشعة، وغيرها من المكونات البصرية. ومع ذلك، في كل مرة يرتد فيها الضوء عن سطح أو يمر عبر عدسة، يُفقد جزء ضئيل منه. وفي عالم الحوسبة الكمومية الدقيق، يمكن حتى لهذا الفقد الصغير أن يدمر الروابط الهشة، أو "التشابك"، التي تحفظ تماسك النظام. لقد كان التحدي يكمن في توسيع نطاق هذه الأنظمة للتعامل مع العديد من الإشارات دون التدهور الحتمي الناتج عن الأجهزة المادية نفسها.

لقد أظهر باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا طريقة جديدة للتعامل مع هذه المشكلة من خلال نقل عملية الخلط من مجال الضوء إلى مجال الإلكترونيات. فبدلاً من محاولة توجيه الضوء عبر متاهة معقدة من المكونات البصرية لإنشاء الاتصالات المطلوبة، قام الفريق أولاً بتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية ثم إجراء عملية الخلط إلكترونياً. وقد استخدموا شريحة متكاملة كبيرة تحتوي على اثنين وثلاثين قناة منفصلة، كل منها مجهز بمستشعر يحول الضوء الوارد إلى تيار كهربائي. تم إضاءة هذه الشريحة بنوع خاص من الضوء يُعرف باسم "الفراغ المضغوط" (squeezed vacuum)، والذي يتميز بضجيج منخفض في خاصية واحدة وهو مورد رئيسي للحوسبة الكمومية. وبمجرد اصطدام الضوء بالمستشعرات، تم دمج التيارات الكهربائية الناتجة ومعالجتها بواسطة شبكة ترددات راديوية مبنية مباشرة على الشريحة. قامت هذه الشبكة الإلكترونية بإجراء نفس التحويلات الرياضية التي كان سيقوم بها دائرة بصرية معقدة، ولكن دون أن يضطر الضوء أبداً للمرور عبر المكونات التي تسبب فقدان الإشارة عادةً.

ركزت التجربة على إنشاء نوع محدد من الاتصال الكمومي بين نمطين من الضوء، وهو هيكل يُعرف باسم "حالة العنقود ثنائية النمط" (two-mode cluster state). في الإعداد التقليدي، يتطلب تحقيق ذلك ترتيباً دقيقاً للعناصر البصرية التي يجب أن يمر الضوء من خلالها قبل قياسه. أما في هذا النهج الجديد، فقد تم اكتشاف الضوء أولاً، وحدث الخلط بعد ذلك في المجال الإلكتروني. أعاد الباحثون بناء الخصائص الإحصائية للضوء عند نقطة دخوله إلى الشريحة، مما أدى فعلياً إلى محاكاة الشبكة البصرية من خلال المعالجة الإلكترونية. ووجدوا أن الحالة الناتجة كانت صالحة فيزيائياً، والأهم من ذلك، أنها أظهرت تشابكاً. ومن خلال تحليل البيانات، قاموا بحساب قيمة محددة تحدد ما إذا كان النظامان مرتبطين؛ وكانت النتيجة 0.99270، وهي قيمة تقع بوضوح تحت العتبة المطلوبة لاعتبار النظامين منفصلين. وهذا يؤكد أن التشابك كان موجوداً في الضوء قبل اكتشافه، مما يثبت أن المعالجة الإلكترونية نجحت في الحفاظ على الاتصال الكمومي دون الحاجة إلى التلاعب بالضوء مباشرة.

يوفر هذا الأسلوب ميزة كبيرة لأن المكونات الإلكترونية المستخدمة لخلط الإشارات لا تسبب نفس النوع من الفقد الذي تسببه المكونات البصرية. في الشبكة البصرية القياسية، يؤدي إضافة المزيد من طبقات المرايا والمقسمات للتعامل مع المزيد من الإشارات إلى زيادة الفقد، مما يجعل النظام غير قابل للاستخدام في النهاية. أما هنا، فتحدث عملية الخلط بعد تحويل الضوء إلى كهرباء، لذا فإن عمق الدائرة الإلكترونية لا يضعف الحالة الكمومية الأصلية. الفقد الوحيد الذي يحدث هو التحويل الأولي من الضوء إلى الكهرباء، والذي قاسه الباحثون ليكون فعالاً للغاية. وتظهر الدراسة أنه من خلال نقل مهمة التحويل إلى الإلكترونيات، يمكن توسيع نطاق النظام وفقاً لقدرات الدوائر الإلكترونية المتكاملة بدلاً من أن يكون مقيداً بتعقيد الشبكات البصرية.

تشير النتائج إلى مسار نحو بناء معالجات كمومية أكبر وأكثر متانة. وقد أظهر الباحثون أنه يمكن استخدام مصفوفة مكونة من اثنين وثلاثين قناة لقراءة ومعالجة المعلومات الكمومية، مع تفعيل ثماني قنوات في هذا الاختبار المحدد. كانت المعالجة الإلكترونية قابلة لإعادة البرمجة، مما يعني أنه يمكن تهيئة نفس الأجهزة لأداء تحويلات مختلفة ببساطة عن طريق تغيير الإعدادات الكهربائية، دون الحاجة إلى إعادة ترتيب المكونات البصرية فعلياً. وبينما استخدمت التجربة الحالية إلكترونيات تعمل في درجة حرارة الغرفة، يشير المؤلفون إلى أنه يمكن تكييف هذه البنية للاستخدام مع الدوائر فائقة التوصيل عند درجات حرارة منخفضة للغاية. في مثل هذا الإعداد، يمكن للنظام نظرياً نقل الحالات الكمومية بين الضوء البصري وإشارات الميكروويف، مما يسد الفجوة بين أنواع مختلفة من الأجهزة الكمومية. لا تدعي هذه الدراسة أنها حلت جميع مشكلات الحوسبة الكمومية، لكنها تقدم دليلاً ملموساً على أن نقل طبقة الخلط من البصريات إلى الإلكترونيات هو استراتيجية قابلة للتطبيق للحفاظ على المعلومات الكمومية وتوسيع نطاق هذه الأنظمة.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف ⚛️ quant-ph →