في المستقبل، قد يكون من الممكن استخدام التحكم في اقتران النقاط الكمومية لبناء مفاتيح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، أو لأجهزة التشفير التي ستعتمد على الظواهر الكمومية - أي الآلات التي يمكن أن تعمل على مستوى الفوتونات أو أنظمة الكم الفردية
مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور جلعاد هاران من قسم الفيزياء الكيميائية - الذي ضم باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور كوتاني سانتوش، وعالم الكلية الدكتور أورا بيتون من قسم البنى التحتية للبحوث الكيميائية، والبروفيسور ليف شوتونوف من التخنيون - قاموا بإنشاء هياكل نانوية ثنائية الأبعاد على شكل ربطة عنق مصنوعة من الفضة، لها مسافة حوالي 20 نانومتر (جزء من المليار من المتر) في وسطها. غمس الباحثون "ربطات العنق" في محلول يحتوي على نقاط كمية (جزيئات صغيرة من أشباه الموصلات، يتراوح حجمها بين ستة وثمانية نانومترات، قادرة على امتصاص الضوء وإصداره). أثناء الغمر، تم التقاط بعض النقاط الكمومية في الفجوات الموجودة في وسط "ربطات العنق".
تحت التعرض للضوء، خلقت النقاط المحاصرة اقترانًا كهرومغناطيسيًا بـ "ربطات العنق". في هذه العملية، تم إنشاء حالة مختلطة: تم تقسيم الجسيم الضوئي - الفوتون - الذي وصل إلى الجهاز، بين "ربطة العنق" والنقطة الكمومية. كان الاقتران قويًا جدًا لدرجة أنه تم ملاحظته حتى عندما تم احتجاز نقطة كمومية واحدة فقط في فجوة "ربطة العنق". ونتيجة لذلك، كان من الممكن جعل "روابط الفراشة" تنتقل، كما لو كان عن طريق التبديل، من حالة إلى أخرى: من الحالة التي سبقت الاقتران إلى النقاط الكمومية، قبل التعرض للضوء، إلى الحالة المختلطة. حالة تتميز بالاقتران القوي بعد التعرض للضوء.
في المستقبل، قد يكون من الممكن استخدام التحكم في اقتران النقاط الكمومية لبناء مفاتيح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، أو لأجهزة التشفير التي ستعتمد على الظواهر الكمومية - أي الآلات التي يمكن أن تعمل على مستوى الفوتونات أو الأنظمة الكمومية الفردية، مثل الذرات أو الجزيئات أو النقاط الكمومية. ويتوقع العلماء أن تكون هذه الأجهزة أقوى بعدة مرات من أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية أو أنظمة التشفير الحالية، لأن الظواهر الكمومية تخلق مواقف غير موجودة على أساس يومي، مثل احتمال وجود الجسيم في أكثر من مكان. في نفس الوقت، وبالتالي القدرة على إجراء أكثر من عملية حسابية في نفس الوقت.
يقول البروفيسور هيرن: "هذه ليست سوى الخطوة الأولى في طريقة الاقتران لدينا، والتي نأمل أن تساهم في إنشاء مفاتيح كمومية في المستقبل". "لا تزال هناك حاجة إلى الكثير من الأبحاث قبل أن يكون من الممكن بناء أجهزة مفيدة باستخدام هذه الطريقة، لكننا أظهرنا أنه من حيث المبدأ، من السهل تطبيق طريقتنا، والأهم من ذلك - أنها قابلة للتطبيق في درجة حرارة الغرفة. ونحن الآن نعمل على تطوير هياكل نانوية أصغر حجمًا على شكل ربطة عنق، ونحاول إنشاء اقتران أقوى وقابل للعكس."
وتمكن علماء المعهد من تطوير نظام "ربطة العنق" بفضل التطورات الجديدة في تقنيات النانو، بما في ذلك الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون، والتي بنوا بها "ربطات الفراشة" وأدخلوا النقاط الكمومية في الفراغات الموجودة في مركزها. وقام العلماء بتحليل البيانات بمساعدة برامج حسابية بسيطة نسبيًا، والتي يؤدي توفرها إلى الاستغناء عن الكثير من العمل الذي كان يتطلبه المنظرون في الماضي لوصف مثل هذه الأنظمة. واعتمد العلماء أيضًا على فهم تذبذبات الإلكترون التي تنشأ في المعادن باستخدام الضوء، وهو أمر أصبح ممكنًا الآن بفضل نتائج الأبحاث المنشورة مؤخرًا. هذه الاهتزازات، التي هي المصدر الفيزيائي للاقتران بين "الربطات القوسية" والنقاط الكمومية، تكون قوية بشكل خاص على سطح المعدن. لذلك، في الأنظمة ثنائية الأبعاد، يتركز المجال الكهربائي والمغناطيسي الناتج عن هذه التذبذبات بشكل كبير، خاصة عندما يتم تركيزه على أضيق جزء من "ربطة العنق"، على غرار الضوء المركز على شعاع ضيق.
إن التركيز العالي للضوء هو الذي يضمن التحكم الجيد في الاقتران، وهذا التحكم ضروري للتطبيقات الكمومية المستقبلية. هذه هي المرة الأولى التي ينجح فيها نظام مصمم لغرض دراسة الاقتران القوي بين الضوء ونظام كمي واحد في العمل على هذا النطاق الصغير. وهذا الإنجاز يجعل من الممكن الآن، ولأول مرة، إجراء تجارب إضافية على مستوى النقاط الكمومية الفردية.
