لقد كافحت الحوسبة الكمومية منذ فترة طويلة لتوليد فوتونات متشابكة بكفاءة، لكن اكتشف فريق من الباحثين طريقة غيرت قواعد اللعبة من خلال استخدام الأسطح الخارقة - وهي هياكل هندسية مسطحة تتحكم في الضوء. ومن خلال استغلال هذه الأسطح الخارقة، يمكنهم توليد ومعالجة الفوتونات المتشابكة بسهولة أكبر وإحكام أكثر من أي وقت مضى. يمكن أن يفتح هذا الاختراق الباب أمام أجهزة كمبيوتر كمومية أصغر حجمًا وأكثر قوة، بل ويمهد الطريق أيضًا لشبكات كمومية توفر فوتونات متشابكة لمستخدمين متعددين.
لقد وجد العلماء طريقة لاستخدام الأسطح الخارقة لإنشاء فوتونات متشابكة، وتبسيط الحوسبة الكمومية والاتصالات. (توليد تشابك متعدد الفوتون مع أسطح خارقة صغيرة).
تعتمد معالجة المعلومات الكمومية على تشابك الفوتونات المتعددة لمعالجة كميات كبيرة من البيانات. ومع ذلك، فإن كيفية إنشاء هذه الفوتونات المتشابكة بكفاءة تظل تحديًا كبيرًا. تستخدم الطرق التقليدية إما عمليات بصرية كمية غير خطية، والتي يصعب توسيعها لتشمل عددًا كبيرًا من الفوتونات؛ أو يستخدمون تقسيم الحزمة الخطية والتداخل الكمي، الأمر الذي يتطلب أجهزة معقدة وحساسة وتكون عرضة للفقدان والتداخل.
وقد حققت فرق البحث من جامعة بكين، والجامعة الجنوبية للعلوم والتكنولوجيا، وجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين مؤخرا اختراقات في هذا المجال. وفقًا لمجلة AdvancedPhotonicsNexus، فقد طوروا تقنية جديدة باستخدام الأسطح الخارقة - وهي هياكل هندسية رقيقة جدًا يمكنها التحكم بدقة في طور الضوء وتردده واستقطابه. يمكن لهذه الطريقة توليد تشابك متعدد الفوتونات على سطح عنصر واحد، مما يجعل العملية أبسط وأكثر كفاءة.
تقوم طريقتهم بتوجيه عدة فوتونات مفردة من زوايا مختلفة نحو سطح عنصر متدرج مصمم خصيصًا. يتعامل السطح الخارق مع هذه الفوتونات بحيث تتداخل بطريقة كمومية، مما يؤدي إلى خلق حالات فوتون متشابكة. لا تستطيع هذه التقنية توليد حالات متشابكة مختلفة فحسب، بل يمكنها أيضًا دمج أزواج فوتونات متشابكة متعددة في مجموعات فوتون أكبر وأكثر تعقيدًا. ولذلك، يمكن تشفير المزيد من المعلومات الكمومية في مساحة أصغر، مما قد يؤدي إلى تعزيز تطوير الحوسبة الكمومية وتقنيات الاتصالات.
يعتقد البروفيسور غو ينغ، المؤلف المقابل للتقرير، أن هذه الطريقة الجديدة توفر منظورًا جديدًا لمعالجة المعلومات الكمومية: "إنها مثل العثور على طريق مختصر في متاهة. بدلاً من التعرج في جهاز بصري معقد، يمكننا استخدام سطح فوقي للقيام بهذه المهمة. تصبح عملية إنشاء الفوتونات المتشابكة ومعالجتها أبسط وأكثر إحكاما. إنها مناسبة جدًا لبناء أجهزة كمومية صغيرة يمكن تثبيتها على شريحة، وهي حل ممتاز للمستقبل تطبيقات الحوسبة الكمومية والاتصالات."
مع هذه الطريقة الجديدة لتوليد التشابك متعدد الفوتونات، قد يصبح تحقيق العديد من التطبيقات الكمومية أسهل. على سبيل المثال، يمكن استخدام الأسطح الخارقة لتوليد فوتونات متشابكة وتسليمها إلى العديد من المستخدمين، وبالتالي تسهيل إنشاء الشبكات الكمومية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الأسطح الخارقة بمثابة وحدات بناء لمعالجة المزيد من الفوتونات، مما قد يجعل من الممكن تطوير أجهزة كمبيوتر كمومية صغيرة مثل الكمبيوتر المحمول. الاحتمالات مثيرة، وهذه الدراسة تقربنا خطوة واحدة من تحقيقها.
تم تجميعها من / scitechdaily