الملخص:
في تنس الطاولة أو كرة القدم، سترسم الكرة الدوارة عالية السرعة "الكرة الحلقية" مسارًا منحنيًا بسبب الاختلافات في تدفق الهواء. تسمى هذه الظاهرة الفيزيائية الكلاسيكية بتأثير ماغنوس. في الآونة الأخيرة، نشر فريق بحث دولي بقيادة علماء من معهد بول شيرير (PSI) في سويسرا ورقة بحثية في المجلة الأكاديمية Physical Review Letters، معلنين أنه لأول مرة تم ملاحظة "تأثير ماغنوس البصري" المقابل مباشرة باستخدام الليزر والأيونات الفردية على نطاق مجهري للغاية.
تكشف هذه الظاهرة أن هناك تحولًا جانبيًا صغيرًا يبلغ مئات النانومترات عند نقطة التفاعل القوية بين الليزر عالي التركيز والكيوبت. هذا الاكتشاف له قيمة علمية مهمة لتحسين دقة التحكم في أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأيونية.
من المعتقد بشكل بديهي أن شدة الضوء تكون أقوى في مركز شعاع الليزر، ويجب أن يكون التفاعل مع الذرات أيضًا هو الأكثر كثافة في مركز الشعاع. ومع ذلك، عندما يتم تركيز ضوء الليزر بشكل محكم للغاية، فإن بنية المجال الكهرومغناطيسي المكاني تخضع لإعادة تشكيل مجهرية معقدة. وتوقع علماء الفيزياء النظرية في جامعة أمستردام قبل سنوات قليلة أن هذا التغير في مجال موجة الضوء من شأنه أن يتسبب في عدم سقوط أقوى نقطة تفاعل بين الليزر والذرات في مركز البقعة الضوئية، بل إلى جانب واحد قليلا، وهو ما يتجلى في تأثير ماغنوس على المستوى البصري.
من أجل التقاط هذه الظاهرة الفيزيائية الضعيفة للغاية في التجربة، استخدم فريق البحث المجالات الكهرومغناطيسية لتثبيت أيونات الكالسيوم المفردة في مصيدة أيونية في غرفة مفرغة عالية للغاية. في الحوسبة الكمومية، غالبًا ما تُستخدم الأيونات المحتجزة على شكل كيوبتات لإجراء العمليات الحسابية، كما أن نبضات الليزر المضبوطة بدقة هي الأداة المركزية لتغيير حالاتها الكمومية. خلال التجربة، قام الباحثون بتحريك شعاع ليزر عالي التركيز بالنسبة إلى أيونات الكالسيوم وقاموا بدقة بقياس شدة التفاعل بين الأيونات ومجال الضوء في إحداثيات مكانية مختلفة. وباستخدام أيونات الكالسيوم كمسبار مجهري، نجحوا في قياس إزاحة جانبية صغيرة تبلغ بضع مئات من النانومترات فقط.
كشفت التجربة أيضًا عن خاصية فيزيائية غير متوقعة: الحجم الدقيق لهذا التحول الجانبي يعتمد فقط على الطول الموجي لليزر المستخدم، وليس على مدى إحكام تركيز شعاع الليزر. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعتمد على مصيدة الأيونات والتي تعتمد على أشعة ليزر دقيقة لمعالجة الكيوبتات الفردية والتحكم في البوابات المنطقية الكمومية، إذا تم تجاهل الإزاحة "غريبة الأطوار" لمئات النانومترات في الخوارزمية والمحاذاة البصرية، فقد لا يعمل الليزر بدقة على الهدف المقصود، وبالتالي إدخال أخطاء منهجية في العمليات الكمومية المستمرة عالية الدقة.
كما أشار فيليب لينديكر، المؤلف الأول للدراسة والباحث في قسم الفيزياء ومعهد بول شير في ETH زيوريخ، إلى أن هذا التأثير لا يقتصر على التداخل السلبي فحسب، بل من المتوقع أيضًا استخدام القوة الكهرومغناطيسية المجهرية التي يولدها كآلية فيزيائية جديدة للمساعدة في تحقيق اقتران متحكم فيه بين الكيوبتات المتجاورة، وبالتالي توفير طرق تجريبية جديدة لإجراء عمليات منطق كمي أكثر تعقيدًا. لم يتحقق هذا الإنجاز من الفرضيات النظرية طويلة الأمد على مستوى البصريات الكمومية الأساسية فحسب، بل أنشأ أيضًا معيارًا مهمًا لمعايرة النظام البصري للجيل التالي من أجهزة كم مصيدة الأيونات شديدة التحمل للخطأ.
التعليقات