ابتكر باحثون من قسم الفيزياء في جامعة وارسو، بالتعاون مع خبراء من مركز QOT لتكنولوجيا البصريات الكمومية، تقنية مبتكرة تتيح تحويل فورييه الجزئي لنبضات الضوء باستخدام الذاكرة الكمومية. ويعد هذا الإنجاز فريدًا من نوعه على مستوى العالم، حيث يعد الفريق أول من حقق التحول المذكور أعلاه تجريبيًا في مثل هذا النظام.
تم نشر نتائج البحث في المجلة الشهيرة Physical Review Letters. في عملهم، اختبر الطلاب تطبيقات تحويلات فورييه الكسرية باستخدام نبضات ضوئية مزدوجة، والمعروفة أيضًا باسم حالات "قطة شرودنغر".
للموجة (مثل الضوء) خصائصها الخاصة - مدة النبضة وترددها (في حالة الضوء، يتوافق مع لونها). وتبين أن هذه الخصائص مرتبطة ببعضها البعض من خلال عملية تسمى تحويل فورييه، والتي تتحول من وصف الموجة من حيث الزمن إلى وصف طيف الموجة من حيث التردد.
تحويل فورييه الكسري هو تعميم لتحويل فورييه الذي يسمح بالانتقال من وصف الجزء الزمني للموجة إلى وصف تردد الموجة. بديهيًا، يمكن فهمها على أنها تدوير توزيع الإشارة قيد النظر (على سبيل المثال، دالة ويغنر الدورية الزمنية) بزاوية معينة في مجال التردد الزمني.
لقد أثبت هذا النوع من التحويل أنه مفيد جدًا في تصميم مرشحات طيفية وزمانية خاصة لا تزيل الضوضاء فحسب، بل تنشئ أيضًا خوارزميات تستغل الخصائص الكمومية للضوء لتمييز النبضات ذات الترددات المختلفة بشكل أكثر دقة من الطرق التقليدية. وهذا مهم بشكل خاص في مجالات التحليل الطيفي، الذي يساعد على دراسة الخواص الكيميائية للمواد، والاتصالات السلكية واللاسلكية، التي تتطلب دقة عالية وسرعة عالية في نقل ومعالجة المعلومات.
عدسة زجاجية عادية قادرة على تركيز شعاع الضوء أحادي اللون الساقط عليها إلى نقطة تقريبًا (نقطة التركيز). سيؤدي تغيير زاوية سقوط الضوء على العدسة إلى تغيير موضع التركيز. يؤدي هذا إلى تحويل زاوية السقوط إلى موضع، والحصول على تحويلات فورييه مماثلة في الاتجاه ومساحة الموضع. تستغل أجهزة قياس الطيف الكلاسيكية المعتمدة على شبكات الحيود هذا التأثير لتحويل معلومات الطول الموجي للضوء إلى معلومات موضعية، مما يسمح لنا بتمييز الخطوط الطيفية.
على غرار العدسات الزجاجية، تقوم عدسات الزمن والتردد أيضًا بتحويل مدة النبضة إلى توزيع طيفي، أو إجراء تحويل فورييه بشكل فعال في الفضاء الزمني والتردد. من خلال اختيار قوة هذه العدسة بشكل صحيح، يمكن إجراء تحويل فورييه الجزئي. في حالة نبضات الضوء، تعمل عدسات الزمن والتردد كتحويل طور ثانوي للإشارة.
لمعالجة الإشارات، استخدم الباحثون ذاكرة كمومية - أو بشكل أكثر دقة، ذاكرة ذات قدرات معالجة الضوء الكمي - بناءً على مجموعة من ذرات الروبيديوم الموضوعة في فخ مغناطيسي بصري. يتم تبريد الذرات إلى درجة حرارة محددة. يتم وضع الذاكرة في مجال مغناطيسي متغير، مما يسمح بتخزين مكونات ذات ترددات مختلفة في أجزاء مختلفة من السحابة الذرية. تخضع النبضات للتعدس الزمني أثناء الكتابة والقراءة والتعديس الترددي أثناء التخزين.
يمكن للأجهزة التي تم تطويرها في جامعة واشنطن تنفيذ مثل هذه العدسات برمجيًا عبر نطاق واسع جدًا من المعلمات. النبض المزدوج عرضة لفك الترابط لدرجة أنه غالبًا ما يتم مقارنته بقطة شرودنجر الشهيرة - وهو تراكب مجهري يعود من الموت ويكاد يكون من المستحيل تحقيقه تجريبياً. ومع ذلك، كان الفريق قادرًا على التعامل بأمانة مع حالات النبض المزدوج الهشة هذه.
هذه الورقة هي نتيجة عمل مختبر الأجهزة البصرية الكمومية ومختبر الذاكرة الكمومية التابع لمركز "التكنولوجيا البصرية الكمومية". شارك في هذا العمل اثنان من طلاب الماجستير: ستانيسلاف كورزينا ومارسين جاسترزيبسكي، واثنين من الطلاب الجامعيين بارتوش نيولت وجان نوفوسيلسكي، والدكتور ماتيوس مازيلانيك، وقادة المختبر الدكتور ميشال بارنياك والبروفيسور فويتشخ فاسيليفسكي. ونتيجة لهذه الإنجازات، حصل بارتوش نيولت أيضًا على جائزة منحة التحدث في مؤتمر DAMOP الأخير في سبوكان بواشنطن.
يجب أولاً تعيين هذه الطريقة لأطوال موجية ونطاقات معلمات أخرى قبل تطبيقها مباشرة على مجال الاتصالات. ومع ذلك، يعد تحويل فورييه الجزئي أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لأجهزة الاستقبال الضوئية في أحدث الشبكات، بما في ذلك وصلات الأقمار الصناعية الضوئية. يمكن لمعالج الضوء الكمي الذي تم تطويره في جامعة واشنطن العثور على هذا البروتوكول الجديد واختباره بكفاءة.