جسر بطول كيلومتر بين جزر البرودة ✛

الأصل: "A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators"
arXiv:2508.02444 · 2025-08-04 · CC BY 4.0 · 2 دقيقة
لأول مرة، تتبادل الدارات فائقة التوصيل في مبرّدين إشارات متماسكة عبر ألياف بصرية بطول كيلومتر واحد.

مبرّدان بالتخفيف، كل منهما بحجم برميل، يقفان في طرفي المختبر. بداخلهما دارات فائقة التوصيل مبرَّدة إلى 50 ميلي كلفن: هذا أبرد بمئة مرة من الفضاء بين النجوم. بينهما ألياف بصرية عادية تمتد لمسافة كيلومتر من الخيط الزجاجي الذي يمر به الضوء. لأول مرة، عبر هذا الجسر نبضة ميكروويفية متماسكة دون أن تفقد جوهرها الكمومي.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة التوصيل تشبه مدنًا في أرخبيل. كل جزيرة هي مبرّد منفصل، ولا توجد طرق بينها. تعمل المحولات الكهروضوئية القائمة على نيتريد الألومنيوم كعبّارات: فهي تحول إشارة الميكروويف بتردد 9.960 جيجاهرتز إلى فوتون بطول موجة 1550 نانومتر، وترسله عبر الألياف، وعلى الضفة الأخرى تعيده إلى ميكروويف، ولكن بتردد 4.606 جيجاهرتز. تُضبط الترددات بجهد ثابت يصل إلى 160 فولت، ويوفر اقتران الزوج تأثير فيرنير (Vernier effect) وهو تطابق أسنان مشطين مختلفين قليلاً.

كابل محوري بطول كيلومتر كان سيُضعف إشارة الميكروويف بقوة أكبر 1000 مرة من الألياف البصرية المستخدمة. أما المُعدِّل الكهروضوئي التجاري لمثل هذه المهمة فكان سيتطلب قدرة تعديل تبلغ حوالي واط واحد، بينما في التجربة كان أقل من ميكروواط كافيًا.

تجاوزت كفاءة التحويل على الشريحة 0.1% عند قدرة بصرية تبلغ حوالي 4 ميلي واط. وبلغت الكفاءة الإجمالية لخط الميكروويف-البصري-الميكروويف −60 ديسيبل على الشريحة، وهو أفضل بـ 80 ديسيبل من زوج من المُعدِّلات التجارية. تم تأكيد التماسك بقياس طور مصفوفة التشتت والتداخل مع مولد محلي. حتى أنه تم إرسال بيانات عبر القناة بتنسيق QPSK (تعديل الطور التربيعي بأربع حالات) عند قدرة ميكروويف أقل من −30 ديسيبل ميلي واط.

قبل هذا العمل، كان النقل المتماسك بين المبرّدات المنفصلة يعتبر مستحيلًا تقنيًا: فمن الصعب جدًا مزامنة ترددات زوج من المحولات. الآن يمكن لجزر البرودة أن تتصل بجسور. الخطوة التالية هي توليد التشابك بين فوتونات الميكروويف في مبرّدين باستخدام دوائر الإعلان عن النجاح. سيسمح هذا بتجاوز عتبة الكفاءة البالغة 50% للاتصال الكمومي. بالتوازي، يمكن تحسين كفاءة المحولات عن طريق تقليل حجم الأنماط وتحسين عامل الجودة للرنانات. زيادة الفجوة بين الأقطاب الكهربائية والحلقة البصرية ستقلل الضوضاء المضافة دون فقدان الكفاءة.

جسر فوتوني بطول كيلومتر هو لبنة بناء جاهزة للمعالجات فائقة التوصيل الموزعة. الأرخبيل يحصل على طرق.

كيلومتر من الكابل المحوري كان سيضعف إشارة الميكروويف 1000 مرة أكثر من الألياف البصرية المستخدمة. المحول الكهروضوئي التجاري لمثل هذه المهمة كان سيتطلب قدرة تعديل حوالي واط واحد، بينما في التجربة كان أقل من ميكروواط كافيًا.

العلماء
Daniel GottesmanDavid DiVincenzoGilles BrassardIgnacio CiracJohn PreskillPeter Zoller
المفاهيم
رنان فائق التوصيل كوبيت فائق التوصيل شبكة كمومية شبكات الضوء الكمومية قياس ميكروويف مبرد دارة ضوئية متكاملة مفتاح بصري موصل فائق عالي الحرارة ألياف بصرية كوبيت ترانسمون نتريد النيوبيوم كيوبتات شبه موصلة مركز البيانات شبه موصل إشارة الميكروويف رقاقة بصرية ترانسمون رقاقة دقيقة موصلية فائقة في درجة حرارة الغرفة نيتريد الألومنيوم