اكتشف الباحثون مفتاحًا لتعزيز كفاءة الإنترنت الكمي

قام علماء المواد الذين يستكشفون كفاءة الفوتونات كحاملات للمعلومات بتطوير نموذج يشرح كيف تتغير فعالية جزيئات الضوء عند الأطوال الموجية الأعلى. يمكن أن تؤثر النتائج التي توصلوا إليها بشكل كبير على تطوير طفرة تكنولوجية متوقعة للغاية: شبكة الاتصالات الكمومية.

الألياف الضوئية اليوم قادرة على نقل الفوتونات (جزيئات الضوء الفردية) مع الحد الأدنى من الخسارة في الأطوال الموجية المستخدمة للاتصالات. في النظام الكمي، تعمل الفوتونات مثل البتات في الكمبيوتر الكلاسيكي.

ما علاقة الضوء بالإنترنت؟

الإنترنت الكمومي غير موجود بعد، ولكن من المتوقع أن يشبه شبكة من أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تنقل المعلومات على شكل بتات كمية، أو كيوبتات. هذه البتات الكمومية عبارة عن جسيمات موجودة في حالات كمومية، مما يسمح لها باحتواء معلومات أكثر من مجرد قيمة 0 أو 1، كما تفعل البتات الحاسوبية الكلاسيكية.

كما ذكر موقع Gizmodo سابقًا، لن يعمل الإنترنت الكمومي بشكل مختلف كثيرًا عن الإنترنت الذي تصل إليه من خلال متصفحك الحالي. لكن التكنولوجيا المفترضة يجب أن تسمح بتشفير المعلومات بقدر أكبر من الأمان مقارنة بالمعلومات الموجودة على الإنترنت اليوم، وسوف تستخدم قواعد ميكانيكا الكم لتحقيق هذا الهدف.

ما لم يجد الباحثون؟

في ورقتهم الجديدة – التي نُشرت الشهر الماضي في APL الضوئيات– يقدم الفيزيائيون نموذجًا يوضح دور اقتران الإلكترون والفوتون في نوع باعث أحادي الفوتون. يقترح عملهم طرقًا لتحسين كفاءة بواعث الفوتون هذه.

قال كريس فان دي والي، عالم المواد في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا والمؤلف المشارك في الورقة البحثية، في بيان جامعي: “تهتز الذرات باستمرار، وهذه الاهتزازات يمكن أن تستنزف الطاقة من باعث الضوء”. “ونتيجة لذلك، بدلًا من انبعاث فوتون، قد يتسبب الخلل في اهتزاز الذرات، مما يقلل من كفاءة انبعاث الضوء.”

وأشار الفريق إلى أنهم لا يعتقدون أنه تم اكتشاف باعث أحادي الفوتون “المعتدل” بعد، لكنهم يعتقدون أنه سيكون لديه طاقة نقل تبلغ حوالي 1.5 إلكترون فولت.

وكتب الفريق: “في ضوء الكفاءات الأعلى بكثير التي يمكن تحقيقها عند الأطوال الموجية الأقصر، نقترح أنه إذا كانت الأطوال الموجية للاتصالات مطلوبة للنقل في الألياف الضوئية، فيجب النظر في تحويل التردد الكمي إلى جانب التوليد المباشر”.

قال مارك توريانسكي، الباحث في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا والباحث الرئيسي في المشروع، في نفس الإصدار: “إن اختيار المادة المضيفة بعناية، وإجراء هندسة المستوى الذري للخصائص الاهتزازية هما طريقتان واعدتان للتغلب على الكفاءة المنخفضة”.

كتب الفريق أن هناك طريقة أخرى للتعامل مع الكفاءة المنخفضة وهي الاقتران بالتجويف الضوئي، وهي أداة يمكن استخدامها “لفتح نطاقات التردد التي يُحظر فيها انتشار الموجات الكهرومغناطيسية بغض النظر عن اتجاه الانتشار في الفضاء”. فريق آخر وضعه في IEEE.

نحن بعيدون جدًا عن الإنترنت الكمومي، لكن الأساس له كان مشروعًا في العقد الماضي. في أوائل عام 2020، أصدرت وزارة الطاقة مخططها لـ “بناء إنترنت كمي على مستوى البلاد”، والذي يمكنه، إلى جانب الاتصالات الكمومية الآمنة، الارتقاء بالحوسبة الكمومية ومساعدة شبكات الاستشعار الحالية.

لا تحبس أنفاسك في انتظار المستقبل الكمي، فسوف يتحول لونك إلى اللون الأزرق، ولكن عليك أن تعلم أن الأبحاث الأساسية في المواد وعلوم الكمبيوتر اليوم تضع الأساس لنوع جديد تمامًا من الاتصالات.