هل من الممكن صنع جزيئات مكونة من الضوء؟

اتخذ فيزيائيون من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) خطوة أخرى نحو تطوير أجسام مكونة من فوتونات، حيث تشير النتائج إلى أن جسيمات الضوء عديمة الوزن قد ترتبط معًا لتشكل نوعًا من الجزيئات له خصائصه الفريدة.

[ترجمة د.نحماني موشيه]
تقدم فيزيائيون من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بخطوة أخرى نحو تطوير أجسام مكونة من فوتونات، حيث تشير النتائج إلى أن جسيمات الضوء عديمة الوزن قد تتحد معًا لتشكل نوعًا من الجزيئات له خصائصه الفريدة.

في عام 2013، وجد فريق مشترك من الباحثين من جامعات هارفارد، وكالتيك، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لربط فوتونين معًا بحيث "يركب" أحدهما مباشرة فوق الفوتون الآخر أثناء تحركه. تعتبر نتائج هذه التجربة رائدة، حيث لم يفكر أحد من قبل في خلق أي شيء من خلال الجمع بين الفوتونات الفردية. الآن، في مقال نشر في المجلة العلمية Physical Review Letters، أظهر فريق من الباحثين من جامعة ميريلاند والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة، من الناحية النظرية، أنه من خلال تغيير عدد من المعلمات الأساسية للاتصال في هذه العملية، يمكن للفوتونات أن تتحرك جنبًا إلى جنب، على مسافة محددة من بعضها البعض. يشبه هذا الترتيب المكاني الترتيب المكاني لذرتي الهيدروجين اللتين تشكلان معًا جزيء هيدروجين ثنائي الذرة.

وقال أحد الباحثين: "إن البنية التي وجدناها ليست بنية جزيء حقيقي، ولكن يمكن تخيل أنها تحتوي على نوع مماثل من البنية". "نحن نتعلم كيفية بناء ظروف إضاءة معقدة، والتي بدورها يمكن أن تخلق كائنات أكثر تعقيدًا. هذه هي المرة الأولى التي يوضح فيها شخص ما كيف يمكن توصيل فوتونين على مسافة ثابتة من بعضهما البعض."

وعلى الرغم من الوعد المحتمل للاكتشاف الجديد، لاحظ الباحثون أن اليوم الذي يمكننا فيه استخدام السيف الضوئي في حياتنا اليومية لا يزال بعيدًا. السبب الرئيسي لذلك يكمن في حقيقة أن اتصال الفوتونات يتطلب ظروفًا قاسية لا توجد إلا في المختبرات التي تستخدم فيها معدات متقدمة للغاية. ومع ذلك، فإن هذا المجال البحثي يحمل إمكانات هائلة - "تعتمد العديد من التقنيات الحديثة على الضوء، بدءًا من تقنيات الاتصال وانتهاءً بأساليب التصوير عالية الدقة"، كما يوضح الباحث. "يمكن تحسين العديد من هذه الأساليب إذا تمكنا من إيجاد طريقة لتوليد تفاعلات محددة بين الفوتونات الفردية".

على سبيل المثال، يحتاج المهندسون إلى إيجاد طريقة لإجراء معايرة دقيقة للغاية لأجهزة قياس الضوء، ويدعي الباحث أن النتائج التي توصلوا إليها يمكن أن تساعد في إنشاء "شمعة قياسية" يمكنها توجيه عدد ثابت ومحدد من الفوتونات نحو الكاشف. وربما الأهم من ذلك بالنسبة لصناعة الكمبيوتر، أن ربط الفوتونات وتشابكها يمكن أن يسمح لأجهزة الكمبيوتر باستخدام الفوتونات كمعالجات معلومات، وهي وظيفة يتم تنفيذها اليوم بمساعدة المفاتيح الإلكترونية الموجودة في أجهزة الكمبيوتر.

لا يمكن للنتائج الجديدة أن توفر أساسًا جديدًا لإنشاء أجهزة كمبيوتر محسنة فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تؤدي إلى توفير كبير في الطاقة. يتم حاليًا نقل الرسائل الهاتفية والبيانات الأخرى على شكل أشعة ضوئية عبر كابلات مكونة من ألياف ضوئية ويجب تحويلها إلى إلكترونات لمعالجتها - وهذه خطوة غير فعالة يتم خلالها إهدار كمية كبيرة من الكهرباء. إذا كان من الممكن تنفيذ كل من مرحلة النقل ومرحلة معالجة المعلومات مباشرة بمساعدة الفوتونات، فإن هذا الهدر في الطاقة سيختفي. ويوضح الباحث الرئيسي: "هذه طريقة جديدة ورائعة لدراسة سلوك الفوتونات". الفوتونات هي جسيمات عديمة الكتلة تنتقل بسرعة الضوء. إن إبطاء سرعة حركتهم وربطهم ببعضهم البعض قد يكشف لنا أشياء أخرى لم نفكر فيها بعد."

أخبار الدراسة

اكتشف الضوء ومهد الطريق للحوسبة الكمومية، والاتصالات الكمومية، وربما حتى النقل الآني (ولكن للفوتونات فقط)