يتكون أساس تكنولوجيا الاتصالات الحالية من الموجات الضوئية والصوتية. في حين أن الموجات الصوتية النانوية الموجودة على أشباه الموصلات تعالج الإشارات بترددات جيجاهيرتز للإرسال اللاسلكي، فإن الألياف الزجاجية مع ضوء الليزر تخلق شبكة الويب العالمية.
أحد الأسئلة الأكثر إلحاحًا في المستقبل هو كيف يمكن توسيع نطاق هذه التقنيات لتشمل الأنظمة الكمومية لبناء أنظمة آمنة (أي خالية من النقر) التواصل الكمي الشبكات.
تلعب الكمات الضوئية أو الفوتونات دورًا مركزيًا للغاية في تطوير تقنيات الكم.
نجح فريق من العلماء الألمان والإسبان من فالنسيا ومونستر وأوغسبورغ وبرلين وميونيخ في التحكم في كميات الضوء الفردية بدرجة عالية للغاية من الدقة. تستخدم دراستهم موجة صوتية للتبديل بين الأفراد الفوتونات على شريحة بين مخرجين بترددات جيجاهيرتز.
هذه هي المرة الأولى التي يعرض فيها العلماء طريقة جديدة يمكن استخدامها لتقنيات الكم الصوتية أو الشبكات الضوئية المتكاملة المعقدة.
الفيزيائي البروفيسور هيوبرت كرينر الذي يرأس الدراسة في مونستر وقال أوغسبورغ، "لقد نجح فريقنا الآن في توليد فوتونات فردية على شريحة بحجم ظفر الإبهام ثم التحكم فيها بدقة غير مسبوقة، ويتم تسجيلها بدقة عن طريق soundwaves".
ويضيف الدكتور موريسيو دي ليما، الذي يبحث في جامعة فالنسيا وينسق العمل الجاري هناك، "لقد كان المبدأ الوظيفي لشريحتنا معروفًا بالنسبة لنا فيما يتعلق بضوء الليزر التقليدي، ولكن الآن، باستخدام الكمات الضوئية، نجحنا في تحقيق الاختراق الذي طال انتظاره نحو تقنيات الكم".
في هذه الدراسة، قام العلماء بتصنيع شريحة تحتوي على "مسارات موصلة" دقيقة لكميات الضوء - ما يسمى بأدلة الموجات. وهي أرق بحوالي 30 مرة من شعر الإنسان. تحتوي الشريحة أيضًا على مصادر الضوء الكمومية، والتي تسمى النقاط الكمومية.
أجرى الدكتور ماتياس فايس من جامعة مونستر التجارب البصرية وأضاف: "هذه النقاط الكمومية، التي يبلغ حجمها بضعة نانومترات فقط، هي عبارة عن جزر داخل أدلة الموجات التي تنبعث منها ضوء كالفوتونات الفردية. يتم تضمين النقاط الكمومية في رقاقتنا، لذلك لا يتعين علينا استخدام طرق معقدة لتوليد فوتونات فردية عن طريق مصدر آخر.
الدكتور دومينيك بوهلر، الذي صمم الرقائق الكمومية كجزء من رسالة الدكتوراه. في جامعة فالنسيا، يشير إلى مدى سرعة التكنولوجيا: "باستخدام الموجات الصوتية النانوية، يمكننا تبديل الفوتونات الموجودة على الرقاقة مباشرة ذهابًا وإيابًا بين مخرجين بسرعة غير مسبوقة أثناء انتشارها في أدلة الموجات."
وقال الدكتور موريسيو دي ليما، بنظرة إلى المستقبل، "نحن نعمل بالفعل بشكل حثيث لتحسين رقاقتنا حتى نتمكن من برمجة الحالة الكمومية للفوتونات كما نرغب أو حتى التحكم في عدة فوتونات بألوان مختلفة بين أربعة مخرجات أو أكثر."
البروفيسور هيوبرت كرينر يضيف, "نحن نستفيد هنا من القوة الفريدة التي تتمتع بها موجاتنا الصوتية النانوية: حيث تنتشر هذه الموجات تقريبًا دون خسارة على سطح الرقاقة، يمكننا التحكم بدقة تقريبًا في العديد من أدلة الموجات التي نريدها بموجة واحدة فقط - وبمسافة كبيرة جدًا" درجة عالية من الدقة."
مراجع المجلة:
- دومينيك دي بوهلر، ماتياس فايس، أنطونيو كريسبو بوفيدا، إيميلين دي إس نيستن، جوناثان جيه فينلي، كاي مولر، باولو في سانتوس، موريسيو إم دي ليما جونيور، إتش جي كرينر (2022): التوليد على الرقاقة والديناميكية الدوران الكهرضغطي البصري للفوتونات المفردة. اتصالات الطبيعة 13، DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
