علماء فيزيا ألمان يكتشفون طريقة ثورية لربط الصوت بالضوء

أفق نيوز ||

وضع علماء في الفيزياء، في بحث علمي جديد، نظرية لطريقة جريئة لتشابك جسيمين من نوعين مختلفين للغاية، وهما وحدة الضوء أو الفوتون مع الفونون، وهو المعادل الكمّي لموجة الصوت.

وأطلق علماء الفيزياء تشانغ لونغ تشو، وكلاوديو جينس، وبيرجيت ستيلر، من معهد ماكس بلانك لعلم الضوء في ألمانيا، على نظامهم الجديد المقترح اسم “التشابك البصري الصوتي”.

ويمثل هذا الابتكار نظامًا هجينًا يستخدم جسيمين أساسيين مختلفين للغاية، ما يؤسس لشكل من أشكال التشابك المقاوم بشكل فريد للضوضاء الخارجية، وهي واحدة من أكبر المشاكل التي تواجه تكنولوجيا الكم، ما يجعلها خطوة مهمة نحو أجهزة كمية أكثر قوة، حسبما ذكر موقع “ساينس أليرت” العلمي.

ونقل الموقع العلمي، عن العلماء، أن التشابك الكمّي له تطبيقات واعدة في مجال الاتصالات الكمومية عالية السرعة والحوسبة الكمومية، إذ أن الفيزياء الفريدة التي تحدد الجسيمات المعزولة والمتشابكة قبل وبعد قياسها تجعلها مثالية لمجموعة من الاستخدامات، من التشفير إلى الخوارزميات عالية السرعة.

ولكن الحالة الكمومية الدقيقة المطلوبة لهذه العمليات يمكن كسرها بسهولة، وهي المشكلة التي حدت من تحقيقها في التطبيقات العملية.

ويعمل العلماء على حل هذه المشكلة، ببعض المسارات الواعدة، التي تقلل الأبعاد الأعلى من تأثير الضوضاء المتدهورة، كما تفعل إضافة المزيد من الجسيمات إلى النظام المتشابك.

ومن المرجح جدًا أن يتضمن الحل العملي أكثر من مسار واحد، لذا فكلما زادت الخيارات المتاحة لدينا، زادت احتمالية العثور على التركيبة الصحيحة.

ويتضمن المسار، الذي حقق فيه تشو وزملاؤه، إقران الفوتونات ليس بفوتونات أخرى، بل بـ”جسيم” من انتشار مختلف تمامًا وهو الصوت، وهو مايصعب تحقيقه، لأن الفوتونات والفونونات تنتقل بسرعات مختلفة ولديها مستويات طاقة مختلفة.

وأظهر الباحثون كيف يمكن تشابك الجسيمات، من خلال الاستفادة من عملية تسمى “تشتت بريلون”، حيث يتم تشتيت الضوء بواسطة موجات من اهتزازات الصوت الناتجة عن الحرارة بين الذرات في المادة.

وفي نظام الحالة الصلبة المقترح، سيقوم الباحثون بنبض ضوء الليزر والموجات الصوتية في موجه ضوئي نشط “بريلون” في الحالة الصلبة على الشريحة، مصمم لتحفيز تشتت بريلون، فعندما تنتقل الموجتان على طول نفس البنية الفوتونية، ينتقل الفونون بسرعة أبطأ بكثير، ما يؤدي إلى التشتت الذي يمكن أن يتشابك مع الجسيمات التي تحمل مستويات طاقة مختلفة بشكل كبير، ما يجعل هذا أكثر إثارة للاهتمام هو أنه يمكن تحقيقه في درجات حرارة أعلى من طرق التشابك القياسية، مما يؤدي إلى إخراج التشابك من المنطقة المبردة وتقليل الحاجة إلى معدات متخصصة باهظة الثمن.

ويقول الباحثون إن “الأمر يتطلب المزيد من التحقيق والتجريب، لكنها نتيجة واعدة”.

وبيّن العلماء أن “حقيقة أن النظام يعمل عبر نطاق ترددي كبير، من الأوضاع البصرية والصوتية، تجلب احتمالًا جديدًا للتشابك مع الأوضاع المستمرة، ذات الإمكانات الكبيرة للتطبيقات في الحوسبة الكمومية، والتخزين الكمومي، والقياس الكمومي، والنقل الآني الكمي، والاتصالات الكمومية بمساعدة التشابك، واستكشاف الحدود بين العالمين الكلاسيكي والكمي”.