- يقوم العلماء عمدًا بتسريب الفوتونات إلى شريحة السيليكون لدراسة الاضطرابات الكمومية
- ويصبح الضجيج الكمي بيانات قابلة للقياس بدلا من أن يكون تدخلا عديم الفائدة في التجارب
- تقوم شريحة السيليكون الضوئية باستكشاف البيئات الكمومية الفوضوية باستخدام مسارات ضوئية قابلة للبرمجة
قام فريق بحث من المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH ببناء شريحة سيليكون تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء.
لا يحاول النظام التخلص من الضوضاء الكمومية – التقلبات العشوائية التي عادة ما تفسد الحسابات – بدلاً من ذلك، يسمح الجهاز عمدًا لبعض جزيئات الضوء، التي تسمى الفوتونات، بالدخول عبر مسار متحكم فيه.
ومع هروب الفوتونات، يستطيع العلماء قياس ما فقده بالضبط واستخدام هذه المعلومات بشكل منتج.
وقال جوفيند كريشنا، طالب الدكتوراه في جامعة KTH: “تسمح لنا الرقاقة بمحاكاة هذه العمليات غير المثالية بطريقة خاضعة للرقابة”.
تتم إعادة توجيه بعض هذه الفوتونات المتنقلة إلى مخرج منفصل يعمل كقناة وسيطة أو قناة خسارة – وهو في الأساس حوض محدد يلتقط الجسيمات الهاربة.
يقوم العلماء بقياس هذه القناة بعناية لتتبع مصير الفوتونات الفردية خلال كل تجربة.
تحدد الإشارات الكهربائية مقدار الضوء الذي يترك المسار الرئيسي ويدخل في مسار جانبي، مما يعني أنه يمكن للعلماء توسيع أو تضييق التسرب حسب الطلب، بدلاً من قبول معدل خسارة ثابت.
ويشير علي الشعري، الأستاذ المشارك في KTH، إلى أن هذا الجهاز يعمل كمحور للسكك الحديدية قابل للبرمجة للضوء الكمي.
“من خلال تغيير إشارات التحكم، يمكننا أن نقرر ما إذا كانت الفوتونات ستبقى في الغالب على المسار الرئيسي، أو يتم توجيهها في الغالب إلى قناة الخسارة، أو ينتهي بها الأمر في تراكبات تعتمد على تداخلها الكمي.”
تحويل المشاكل القديمة إلى حلول محتملة
تعاني الأجهزة الكمومية الحقيقية دائمًا من تسرب الطاقة وتلاشي الإشارة والضوضاء المحيطة.
يميل العلماء إلى التعامل مع أي شيء يتجاوز الصورة المثالية في الكتب المدرسية باعتباره نفايات عديمة الفائدة يجب تجاهلها تمامًا.
تتعامل هذه الشريحة الجديدة مع هذه الفوضى باعتبارها ميزة وليست عيبًا، مما يقلب الحكمة التقليدية رأسًا على عقب.
وقال جون جاو، المؤلف المشارك والأستاذ المشارك في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا: “تمنحنا رقاقتنا طريقة محكمة لدراسة تدفق المعلومات الكمومية… عندما يمكن تحويل العناصر التي كان يُنظر إليها سابقًا على أنها مشاكل فقط – مثل الخسائر، إلى موارد مفيدة”.
تستخدم الشريحة الفوتونات كجسيمات بديلة في أي نظام طبيعي يتم تصميمه، مما يسمح للعلماء بدراسة سلوك العالم الحقيقي بدلاً من الخيالات المثالية.
معظم التجارب الكمومية تدرس فقط التكوينات المثالية التي تتجاهل تمامًا اضطرابات العالم الحقيقي
ومع ذلك، فإن فهم كيفية تصرف الأنظمة الكمومية في ظل عيوب العالم الحقيقي يظل أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات العملية.
يوضح كريشنا: “إن فهم كيفية تصرف الأنظمة الكمومية في مواجهة هذه الفوضى أمر بالغ الأهمية إذا أردنا أن تقول تجاربنا شيئًا عن الطبيعة كما هي في الواقع، وليس فقط عن الأنظمة المثالية”.
يسمح هذا الإعداد الذي يتم التحكم فيه بإحكام للفرق بإعادة إنشاء ودراسة سلوك الفوتونات بشكل متكرر في تكوينات مختلفة للنظام، مما يمنحهم مختبرًا لاكتشاف العيوب بأنفسهم.
توضح هذه الدراسة في الواقع طريقة ذكية لدراسة تسرب الطاقة في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة باستخدام جزيئات الضوء.
ومع ذلك، ما إذا كانت العيوب يمكن أن تصبح حقًا رصيدًا خارج التجارب الخاضعة للرقابة يظل سؤالًا مفتوحًا تمامًا في هذه المرحلة.
إن الفجوة بين شريحة السيليكون التي تثبت صحة المبدأ والكمبيوتر الكمي القابل للتطبيق تجاريًا لا تزال واسعة وغير مستكشفة إلى حد كبير.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدرك المفضل لتلقي أخبار ومراجعات وآراء الخبراء حول قنواتك.
