توظيف تشتت الليزر.. لإلغاء الفوتونات غير المرغوب فيها..!!

وضع باحثون من جامعة أيوا نموذجًا لكيفية تقليل التداخل وذلك للحصول علي تدفق ثابت من الفوتونات الضوئية المفردة "كما هو موضح في هذه الصورة". هذا التقدم يجعل الحوسبة والاتصالات الكمومية أكثر موثوقية وأمانًا. 

حدد باحثون في جامعة أيوا طريقة جديدة لتنقية فوتونات الضوء. وهو تطور يحسن أداء وأمان التقنيات الكمومية الضوئية. ويهدف تحسين كيفية إنتاج الجسيمات الضوئية المفردة. للتغلب علي القيود المزمنة التي تعوق الأنظمة الكمومية البصرية.

ركز الفريق علي عقبتين رئيسيتين تجعلان من الصعب توليد تدفق موثوق من الفوتونات المفردة. وهي ضرورية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية وشبكات الاتصالات الآمنة.

إحدي العقبتين ما يُعرف بتشتت الليزر. عندما يُسلط شعاع ليزر علي ذرة لتحفيز إطلاق فوتون. قد ينتج عن ذلك فوتونات إضافية غير مرغوب فيها. وتعمل الفوتونات الإضافية كتداخل في الدائرة الضوئية. فتقلل من كفاءتها. مثلما يُؤثر التيار الكهربائي الشارد علي الدوائر التقليدية.
العقبة الأخري تنشأ من طريقة استجابة الذرات لضوء الليزر. في حالات نادرة. تُصدر الذرة أكثر من فوتون واحد في المرة الواحدة. وعندها. يختل الترتيب الدقيق اللازم للعمليات الكمومية. فالفوتونات الإضافية تتداخل مع التدفق المقصود للفوتونات واحدًا تلو الآخر.
في دراسة حديثة. وجد ماثيو نيلسون. طالب الدراسات العليا بقسم الفيزياء وعلم الفلك. علاقة غير متوقعة بين المشكلتين. اكتشف أنه عندما تُطلِق الذرة فوتونات متعددة. فإن طيف الطول الموجي وشكل الموجة الناتجين يتطابقان مع طيف وشكل موجة ضوء الليزر نفسه.

ووفقًا للباحثين. فهذا التشابه يعني إمكاني ضبط الإشارتين بدقة لإلغاء إحداهما الأخري. في الواقع. يمكن استخدام تشتت الليزر. الذي عادةً ما يُسبب مشاكل. لكبح انبعاثات الفوتونات غير المرغوب فيها.

يقول رافيتيج أوبو. الأستاذ المساعد بالقسم والمؤلف الرئيسي للدراسة: أثبتنا أن تشتت الليزر. الذي يُعتبر مصدر إزعاج. يُمكن تسخيره لإلغاء انبعاثات الفوتونات المتعددة غير المرغوب فيها. هذا الإنجاز النظري قد يُحوّل مشكلةً عويصةً إلي أداة جديدة فعّالة لتطوير تقنيات الكم.

وتعتمد الحوسبة الفوتونية علي الضوء بدلاً من الكهرباء لإجراء العمليات الحسابية. مما يُتيح إمكانية الحصول علي أنظمة أسرع وأكثر كفاءة. تعمل الحواسيب التقليدية باستخدام البتات -وهي تيارات من النبضات الكهربائية أو الضوئية التي تُمثل الواحدات أو الأصفار. أما الحواسيب الكمومية فتستخدم الكيوبتات. وهي جسيمات دون ذرية غالباً ما تكون مثل الفوتونات.

تعتقد شركات التكنولوجيا الناشئة أن المنصات الفوتونية ستلعب دوراً محورياً في مستقبل الحوسبة الكمومية. ووجود تيار مستقر ودقيق التحكم من الفوتونات المفردة أمر أساسي لتحقيق هذه الرؤية.