أظهر باحثون في اليابان أن ربط البتات الكمومية الفائقة التوصيل في هياكل شبكية مثالية يحسن حساسية الكشف بشكل كبير - حتى في وجود الضوضاء - ويفتح الباب لتطبيقات من الرادار الكمومي إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
يُعدّ تحديد المادة المظلمة - تلك المادة الغامضة التي تربط المجرات ببعضها - أحد التحديات الكبرى التي لم تُحلّ بعد في الفيزياء. فرغم استحالة رؤيتها أو لمسها مباشرةً، يعتقد العلماء أن المادة المظلمة تترك وراءها إشارات خافتة يُمكن التقاطها بواسطة أجهزة كمومية فائقة الحساسية.
في دراسة جديدة، يقترح باحثون من جامعة توهوكو طريقةً لتعزيز حساسية أجهزة الاستشعار الكمومية من خلال ربطها بهياكل شبكية مصممة بعناية. تستخدم هذه الأجهزة قوانين فيزياء الكم لرصد إشارات بالغة الصغر، وهي أكثر حساسية بكثير من أجهزة الاستشعار التقليدية. وبفضلها، قد يصبح من الممكن أخيرًا قياس الإشارات الخافتة التي تُخلّفها المادة المظلمة بدقة.
يركز البحث على الكيوبتات فائقة التوصيل، وهي دوائر كهربائية دقيقة مُبرّدة إلى درجات حرارة منخفضة جدًا. تُستخدم الكيوبتات عادةً كوحدات بناء للحواسيب الكمومية، ولكنها هنا تعمل كمستشعرات كمومية قوية. وكما يمكن لمجموعة مُنسّقة أن تُنجز أكثر من شخص واحد، فإن ربط العديد من الكيوبتات فائقة التوصيل في شبكة مثالية يُمكّنها من اكتشاف الإشارات الخافتة للمادة المظلمة بكفاءة أكبر بكثير من مستشعر واحد.
اختبر الفريق أنماطًا شبكية مختلفة - حلقية، وخطية، و"نجمية"، ومتصلة بالكامل - في أنظمة ذات أربعة وتسعة كيوبتات. ثم طبّقوا القياس الكمي المتغير (وهي طريقة مشابهة لتدريب نموذج تعلم الآلة) لتحسين كيفية إعداد الحالات الكمومية وقياسها. ولتحسين النتائج، استخدموا التقدير البايزي لتصفية الضوضاء - وهو ما يشبه تحسين وضوح الصورة الضبابية.
وكانت النتائج مذهلة: فقد تفوقت الشبكات المُحسَّنة باستمرار على الطرق التقليدية، حتى عندما تم إدخال ضوضاء واقعية. وهذا يوضح أن هذا النهج قابل للتطبيق على الأجهزة الكمومية اليوم.
قال الدكتور لي بين هو، المؤلف الرئيسي للدراسة: "كان هدفنا هو فهم كيفية تنظيم وضبط أجهزة الاستشعار الكمومية لتتمكن من رصد المادة المظلمة بدقة أكبر". وأضاف: "يلعب هيكل الشبكة دورًا رئيسيًا في زيادة الحساسية، وقد أظهرنا إمكانية تحقيق ذلك باستخدام دوائر بسيطة نسبيًا".
إلى جانب المادة المظلمة، يمكن لشبكات الاستشعار الكمومية هذه أن تُطوّر تقنياتٍ مثل الرادار الكمومي، وكشف موجات الجاذبية، والتوقيت فائق الدقة. بالإضافة إلى ذلك، قد تُحسّن هذه الشبكات دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وتُحسّن جودة تصوير الدماغ بالرنين المغناطيسي، أو تُساعد في اكتشاف هياكلَ باطنيةٍ مخفية.
وأضاف الدكتور هو: "يُظهر هذا البحث أن التصميم الدقيق للشبكات الكمومية يُمكن أن يُوسّع آفاق الإمكانيات في القياسات عالية الدقة. ويفتح الباب أمام استخدام أجهزة الاستشعار الكمومية، ليس فقط في المختبرات، بل أيضًا في الأدوات التطبيقية التي تتطلب حساسية فائقة".
التطلع إلى المستقبل: يخطط الفريق لتوسيع نطاق الوصول إلى شبكات أكبر واستكشاف طرق لزيادة القدرة على التكيف مع الضوضاء.
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/rv43-54zqللمادة العلمية
مكبر الصوت
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
هيا، لا حاجة لمعدات كمية. المادة المظلمة موجودة في غزة والأمم المتحدة.