اپتیک و کوانتوم

تداخل بین فوتون ها، یک پدیده اساسی در اپتیک کوانتومی، به عنوان سنگ بنای محاسبات کوانتومی نوری عمل می کند. این شامل استفاده از خواص نور، مانند دوگانگی موج-ذره آن، برای القای الگوهای تداخل، امکان رمزگذاری و پردازش اطلاعات کوانتومی است.

در آزمایش‌های سنتی چند فوتونی، معمولاً از رمزگذاری فضایی استفاده می‌شود که در آن فوتون‌ها در مسیرهای فضایی مختلف دستکاری می‌شوند تا تداخل ایجاد کنند. این آزمایش‌ها به تنظیمات پیچیده با مؤلفه‌های متعدد نیاز دارند، که آنها را به منابع فشرده و چالش برانگیز تبدیل می‌کند. در مقابل، تیم بین‌المللی، متشکل از دانشمندان دانشگاه وین، پلی‌تکنیک دی میلانو و دانشگاه آزاد بروکسل، رویکردی مبتنی بر رمزگذاری زمانی را انتخاب کردند. این تکنیک حوزه زمانی فوتون ها را به جای آمار فضایی آنها دستکاری می کند. برای تحقق این رویکرد، آنها یک معماری نوآورانه در آزمایشگاه کریستین داپلر در دانشگاه وین، با استفاده از یک حلقه فیبر نوری ایجاد کردند. این طراحی امکان استفاده مکرر از همان اجزای نوری را فراهم می‌کند و تداخل چند فوتونی کارآمد را با حداقل منابع فیزیکی تسهیل می‌کند.

نویسنده اول لورنزو کاروسینی توضیح می دهد: "در آزمایش خود، تداخل کوانتومی را در بین حداکثر هشت فوتون مشاهده کردیم که از مقیاس بیشتر آزمایش های موجود فراتر رفت. به لطف تطبیق پذیری رویکرد ما، می توان الگوی تداخل و اندازه آزمایش را بدون تغییر تنظیمات نوری دوباره پیکربندی کرد." نتایج کارایی منابع قابل توجه معماری پیاده‌سازی شده را در مقایسه با رویکردهای رمزگذاری فضایی سنتی نشان می‌دهد، و راه را برای فناوری‌های کوانتومی قابل دسترس‌تر و مقیاس‌پذیر هموار می‌کند.

Lorenzo Carosini et al, Programmable multi-photon quantum interference in a single spatial mode, Science Advances (2024).