بررسی نانوفتونیک در مدارهای مجتمع نوری برای افزایش سرعت انتقال اطلاعات کوانتومی

با پیشرفت فناوریهای اطلاعاتی و نیاز روزافزون به انتقال سریع و ایمن دادهها بهره گیری از ویژگیهای منحصر به فرد فتونها در انتقال اطلاعات کوانتومی به یکی از رویکردهای اصلی در مهندسی نوری تبدیل شده است. در این پژوهش، نقش نانوفتونیک در طراحی و پیاده سازی مدارهای مجتمع نوری (PIC) جهت افزایش سرعت و پایداری انتقال اطلاعات کوانتومی بررسی شده است. نوآوریهای اصلی تحقیق شامل سه محور می باشد: استفاده از نانوساختارهای فتونیکی برای کنترل دقیق نور و مهندسی پراکندگی در مقیاس نانو، طراحی و شبیه سازی موجبرهای چند حالته با تلفات بسیار پایین جهت افزایش بهره وری کوپلینگ و کاهش نویز کوانتومی، و به کارگیری لایه های متامتریال تا سطوح برای اتصال و برهمکنش موثر با کیوبیت ها در بستر سامانه های کوانتومی. در بخش مواد و روش ها از تکنیک های شبیه سازی عددی مانند روش تفاضل محدود در حوزه زمان (FDTD) و تحلیل پیمایشی باند نوار (Band Structure) برای ارزیابی عملکرد نانوساختارهای پیشنهادی بهره برداری شده است. همچنین از الگوریتم های بهینه سازی ساختاری برای طراحی موجبرهای چند حالته استفاده شده و شرایط مرزی مناسب برای سازگاری با زیرلایه های کوانتومی لحاظ گردیده است. یافته های این پژوهش نشان می دهد که نانوساختارهای فتونیکی مهندسی شده می توانند کنترل بسیار دقیقی بر انتشار نور در مقیاس زیر طولی داشته باشند و با طراحی صحیح لایه های متا اتصال پایداری میان فوتون ها و کیوبیت ها برقرار می شود. همچنین نتایج شبیه سازی نشان داده اند که موجبرهای چند حالته پیشنهادی قادر به حفظ همدوسی و کاهش چشمگیر تلفات در بسترهای نوری هستند. این دستاوردها می تواند بستر لازم برای توسعه پردازنده های کوانتومی با سرعت و پایداری بالا را فراهم سازد. در نتیجه، این تحقیق گامی نوآورانه در جهت تلفیق فناوری نانوفتونیک با پردازش اطلاعات کوانتومی است که می تواند مسیر توسعه سامانه های کوانتومی بر پایه مدارهای مجتمع نوری را هموار نماید.

کلیدواژه ها:

نانوفتونیک ، مدار مجتمع نوری ، انتقال اطلاعات کوانتومی ، موجبر چند حالته ، لایه های متا ، کوپلینگ فوتون-کیوبیت ، کاهش تلفات نوری