فريق جامعة رايس يقترح طريقة جديدة لتعزيز التشابك الكمي العياني عبر اقتران الضوء الكمي بالمواد

أخبار ar.wedoany.com، نشر فريق البحث بقيادة تشياو مي (Qimiao Si) من جامعة رايس (Rice University) ورقة بحثية في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز" (Nature Communications)، يقترح فيها طريقة جديدة لتعزيز واستغلال التشابك الكمي في الأنظمة العيانية من خلال اقتران الضوء الكمي بالمواد الكمومية.

عادةً ما تُلاحظ ظاهرة التشابك الكمي فقط في الأنظمة الكمومية المكونة من عدد قليل من الجسيمات، ويمكن للباحثين استخدامها لتخزين ومعالجة المعلومات الكمومية. ما إذا كان التشابك الكمي يمكن أن يوجد ويُستغل في الأنظمة العيانية التي تحتوي على أعداد كبيرة من الجسيمات، هو أحد التحديات البحثية الحالية في الفيزياء. تشياو مي هو أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بكرسي هاري سي وأولغا ك. فيس (Harry C. and Olga K. Wiess Professor of Physics and Astronomy) ومدير تحالف المواد الكمومية المتطرفة (Extreme Quantum Materials Alliance).

الفكرة الأساسية لهذه النظرية هي وضع المادة الكمومية داخل تجويف مرآة صغير، وتقريبها من نقطتها الحرجة الكمومية. عند إدخال الفوتونات في هذه المرحلة، ينخفض بشكل كبير حد التفاعل المطلوب لتوليد التشابك المهجن بين الفوتون والمادة. لطالما كان إنشاء هذا المزيج المهجن من فوتونات التجويف والمادة تحديًا، لأنه يتطلب تفاعلًا قويًا جدًا بين الضوء والمادة، وهو أمر يصعب تحقيقه هندسيًا. تقترح هذه النظرية الجديدة أنه من خلال تقريب المادة من نقطتها الحرجة الكمومية، يمكن خفض حد الدخول في حالة التشابك المهجن.

يشرح يي مينغ وانغ (Yiming Wang)، طالب الدراسات العليا في جامعة رايس والمؤلف الأول المشارك في الدراسة، أن النقطة الحرجة الكمومية هي النقطة التي "تختار" عندها المادة بين طورين كموميين مختلفين. تكون المادة في أحد الأطوار، ولا يمكنها الانتقال إلى الطور الثاني إلا عند الوصول إلى النقطة الحرجة الكمومية. في هذه النظرية، يمكن للباحثين تعزيز تشابك الضوء والمادة من خلال طرق غير حرارية (مثل تطبيق الضغط أو تغيير التركيب الكيميائي)، وكلما اقتربت المادة من النقطة الحرجة الكمومية، انخفض حد التشابك الكمي القوي. عندها، يصبح إدخال الضوء إلى تجويف المرآة وتشابكهما أسهل بكثير.

يشير شوفيك سور (Shouvik Sur)، المؤلف الأول المشارك في الورقة والباحث السابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس، إلى أنه بمجرد حدوث التشابك بين الضوء والمادة، ستنعكس خصائصهما الفردية على بعضهما البعض. عندما تدخل المادة في النقطة الحرجة الكمومية وتنتقل إلى الطور الثاني أثناء تشابكها مع الضوء، سينتقل الضوء أيضًا معها.

في العام الماضي، اكتشف فريق تشياو مي أن التشابك الكمي موجود ومعزز في المواد الحرجة الكمومية المعروفة باسم المعادن الغريبة. قد يكون هذا التشابك الكمي موردًا مهمًا للتقنيات الكمومية - إذا تمكن العلماء من إيجاد طريقة لاستخراجه. تسمح هذه النظرية الجديدة باستخراج التشابك الكمي عبر الضوء الكمي: بعد تشابك الفوتونات مع المادة، يمكن استخراج الضوء من التجويف. يمكن لمثل هذا النظام أن يدعم تطوير تقنيات الجيل التالي، مثل الاستشعار الكمي.

يقول تشياو مي: "في النهاية، يكشف هذا عن مسار لاستغلال الضوء الكمي للحصول على التشابك الكمي للمادة، مما قد يضع الأساس لاستخراج موارد التشابك الكمي وتحقيق وظائف جديدة للمواد الكمومية."

حصلت هذه الدراسة على تمويل من برنامج علوم الطاقة الأساسية التابع لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية (DE-SC0026179)، ومكتب أبحاث القوات الجوية (FA9550-21-1-0356)، ومؤسسة روبرت أ. ويلش (C-1411)، وزمالة فانيفار بوش للأساتذة (Vannevar Bush Faculty Fellowship، ONR-VB N00014-23-1-2870).

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com