۲۵ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امیر خُلَم-درهم‌تنیدگی در چیدمان بالا از یک فشرده‌ساز با یک کریستال غیرخطی درون یک حفره نوری ناشی می‌شود.جوناس شو نیرگارد-نیلسن
در بحبوحه امیدهای روزافزون برای فناوری کوانتومی، دانشمندان اولین مزیت کوانتومی اثبات‌شده در یک سیستم فوتونیک را نشان داده‌اند.یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه نور درهم‌تنیده تعداد اندازه‌گیری‌های مورد نیاز برای یادگیری نویز یک سیستم کوانتومی را کاهش می‌دهد.
محققان دانشگاه فنی دانمارک (DTU) این کار را با شرکایی از ایالات متحده، کانادا و کره جنوبی رهبری کردند.آنها از یک چیدمان نوری استفاده کردند که نشان داد نور درهم‌تنیده می‌تواند رفتار یک سیستم کوانتومی پر سر و صدا را بسیار سریع‌تر از رویکردهای کلاسیک شناسایی کند.
اولریک لوند اندرسن، استاد فیزیک DTU و نویسنده مسئول، گفت: «این اولین مزیت کوانتومی اثبات‌شده برای یک سیستم فوتونی است. دانستن اینکه چنین مزیتی با یک چیدمان نوری ساده امکان‌پذیر است، باید به دیگران کمک کند تا به دنبال حوزه‌هایی باشند که این رویکرد در آنها مفید باشد، مانند حسگری و یادگیری ماشین.»
در قلب این مطالعه یک چالش دیرینه نهفته است. وقتی دانشمندان می‌خواهند یک دستگاه فیزیکی را درک کنند، باید اندازه‌گیری‌ها را برای تعیین «اثر انگشت نویز» آن تکرار کنند. برای دستگاه‌های کوانتومی، این مشکل تشدید می‌شود.
نویز کوانتومی در اندازه‌گیری‌ها وجود دارد و تعداد آزمایش‌های مورد نیاز با بزرگتر شدن سیستم‌ها به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.
اندرسن گفت: «ما فرآیندی ساختیم که می‌توانستیم آن را کنترل کنیم و یک سوال ساده پرسیدیم: آیا درهم‌تنیدگی تعداد اندازه‌گیری‌های مورد نیاز برای یادگیری چنین سیستمی را کاهش می‌دهد؟ و پاسخ، به میزان زیادی مثبت است.»
او افزود که تیم، رفتار سیستم خود را در ۱۵ دقیقه یاد گرفت. یک روش کلاسیک قابل مقایسه حدود 20 میلیون سال طول می‌کشد.این آزمایش در آزمایشگاه‌های زیرزمین DTU Physics انجام شد. تیم از قطعات نوری استاندارد که در طول موج‌های مخابراتی کار می‌کردند، استفاده کرد.حتی با وجود تلفات معمولی در سیستم، سیستم کار می‌کرد. آنها خاطرنشان کردند که این نشان می‌دهد که مزیت از روش اندازه‌گیری ناشی می‌شود، نه از تجهیزات ایده‌آل.
این سیستم به یک کانال نوری متکی بود که در آن چندین پالس نوری الگوی نویز یکسانی را به اشتراک می‌گذاشتند. دو پرتو نور فشرده شدند تا زمانی که درهم‌تنیده شوند. یک پرتو سیستم را بررسی کرد در حالی که دیگری به عنوان مرجع عمل می‌کرد.
یک اندازه‌گیری مشترک آنها را در یک شات مقایسه کرد و بخش زیادی از نویز را حذف کرد و اطلاعات بیشتری را در هر آزمایش نسبت به رویکردهای کلاسیک استخراج کرد.این اثبات بر اساس نظریه قبلی بنا شده است. در سال 2024، این گروه زمینه ریاضی را در مقاله‌ای با عنوان «مزیت درهم‌تنیدگی برای یادگیری یک کانال جابجایی تصادفی بوزونی» بنا نهاد.
آن کار نشان داد که گامی برای فناوری کوانتومی نور درهم‌تنیده جهش مورد نیاز را ارائه می‌دهد، که آزمایش فعلی آن را تأیید کرد.
محققان تأکید می‌کنند که هنوز یک سیستم خاص در دنیای واقعی را هدف قرار نداده‌اند. با این حال، این موفقیت، هدفی را که مدت‌ها برای فیزیک کوانتومی دنبال می‌شد، تأیید می‌کند.
جوناس شو نیرگارد-نیلسن، دانشیار فیزیک DTU و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «اگرچه بسیاری از مردم در مورد فناوری کوانتومی و چگونگی عملکرد بهتر آنها نسبت به رایانه‌های کلاسیک صحبت می‌کنند، اما واقعیت این است که امروزه آنها این کار را نمی‌کنند. بنابراین، آنچه ما را راضی می‌کند، در درجه اول این است که ما بالاخره یک سیستم مکانیک کوانتومی پیدا کرده‌ایم که کاری را انجام می‌دهد که هیچ سیستم کلاسیکی هرگز قادر به انجام آن نخواهد بود.»
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.
