العالم الهولندي يطور كاشف ضوئي فائق التوصيل يمكنه التعرف بدقة على عدة فوتونات

أفاد عالم الفيزياء الهولندي أن كاشفًا ضوئيًا فائق التوصيل قد تم تطويره لتمييز فوتون واحد، أو اثنين، أو حتى ثلاثة فوتونات أو أكثر، مما يعزز دقة الحواسيب الكمومية. تم بناء هذا الكاشف بواسطة الباحث ما بعد الدكتوراه Erik Baalbergen من جامعة ليدن الهولندية، وهو قادر على التعرف على وجود الضوء وحساب عدد الفوتونات التي تصطدم بسطحه. وأشار Baalbergen إلى أن هذا الاكتشاف قد يحسن دقة الحوسبة الكمومية ويدعم تطوير الحواسيب الكمومية الضوئية في المستقبل. هذه الدراسة هي جزء من مشروع الدكتوراه الخاص به، حيث نجح في الدفاع عن أطروحته في 3 نوفمبر.

قال Baalbergen: "لقد كنت مهتمًا دائمًا بالتجارب المتعلقة بالضوء." وأضاف: "يجمع هذا المشروع بين البصريات، والإلكترونيات، والفيزياء الصلبة، وهذا التقاطع هو ما يجعلني متحمسًا للغاية."

المبادئ التقنية لكاشف النانو فائق التوصيل

تشير الأبحاث في مجال عد الفوتونات إلى أن الحواسيب الكمومية الضوئية تعتمد على الفوتونات ككيانات كمية لمعالجة المعلومات وإجراء الحسابات. ومع ذلك، فإن معظم الكواشف قادرة على اكتشاف الضوء، لكنها تواجه صعوبة في حساب عدد الفوتونات الفردية. لحل هذه القيود، درس Baalbergen وفريقه كاشف النانو فائق التوصيل. تحتوي هذه الأجهزة على أسلاك رفيعة للغاية، والتي لا تقاوم عند درجات حرارة منخفضة جدًا. وبالتالي، بمجرد أن تصطدم فوتون بأحد هذه الأسلاك، فإنها تغير الحالة الكهربائية للسلك وتنتج إشارة قابلة للقياس. كما قام الباحثون بتحسين الاتصال بين الكاشف وأجهزة القراءة الإلكترونية الخاصة به، مما يقلل من فقدان الإشارة ويسهل استخراج المعلومات من القياسات.

في مختبر الليزر بكلية الفيزياء في ليدن، شارك Ilse Kuijf وErik Baalbergen في هذا المشروع. أوضح Baalbergen: "لقد طورنا تقنية قادرة على تمييز فوتون واحد، أو اثنين، أو ثلاثة (أو أكثر) فوتونات (الجسيمات الفردية للضوء)." وفقًا لهذا الفيزيائي، تظهر الطريقة الجديدة أيضًا دقة في عد كل فوتون. "يبدو أن هذا تقدم بسيط، لكنه في الواقع تقدم أساسي مهم للغاية،" أشار. "بالتأكيد، لا يزال يتعين تطوير كاشفنا أكثر، لكن وفقًا للطريق الذي نسير فيه الآن، سنكون قادرين على تحقيق ذلك."

التطبيقات المحتملة للحواسيب الكمومية الضوئية

يشمل المشروع أيضًا طالب الدكتوراه في الفيزياء النظرية Ilse Kuijf وطالب الماجستير Lars Seldenthuis. لم يقم العلماء فقط بتحليل سعة الإشارة، بل درسوا أيضًا تغير كل إشارة مع مرور الوقت. وهذا يجعل عد الفوتونات بدقة أسهل دون الحاجة إلى أجهزة إلكترونية معقدة. يعتقد العلماء الشباب أن هذه التقنية يمكن أن تدعم حواسيب كمومية ضوئية أقوى، قادرة على معالجة المشكلات الحسابية التي لا تزال الحواسيب التقليدية تواجه صعوبة في حلها. تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى دراسة التفاعلات الكيميائية وتطوير جزيئات ومواد جديدة.

ذكر Baalbergen أن الحواسيب الكمومية الضوئية لها مزايا، حيث تعمل معظم مكوناتها في درجات حرارة الغرفة. "لذلك، لا نحتاج إلى أنظمة تبريد كبيرة لخفض درجة الحرارة إلى قرب الصفر المطلق،" قال. "هذا يوفر الكثير من المال والوقت." ومع ذلك، لا يزال يتطلب كاشف النانو فائق التوصيل درجات حرارة منخفضة جدًا. كما تعاون Baalbergen مع الشركة الهولندية QuiX Quantum، التي ستطلق أول نموذج عمل لحاسوب كمومي ضوئي في صيف 2026. ويتوقع أن تُستخدم كواشف عد الفوتونات المماثلة في أنظمة الشركة المستقبلية.

خلص Baalbergen في بيان صحفي إلى أن "هذا الكاشف سيمكن الحواسيب الكمومية من إجراء حسابات بدقة أعلى."

أثر التقنية الجديدة على الحوسبة الكمومية

يمثل تطوير هذا الكاشف الضوئي الفائق التوصيل تقدمًا مهمًا في مجال الحوسبة الكمومية. مع تزايد أهمية الحواسيب الكمومية، فإن القدرة على التعرف بدقة على عدة فوتونات ستعزز بشكل كبير من قدرتها على المعالجة ودقتها. تتمثل ميزة الحواسيب الكمومية الضوئية في أن مكوناتها يمكن أن تعمل في درجات حرارة الغرفة، مما يقلل من تكاليف التشغيل ويجعل تحقيقها تقنيًا أكثر قابلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن نطاق تطبيق هذه التقنية واسع، حيث يمتد من الأبحاث العلمية الأساسية إلى التطبيقات العملية، مما يشير إلى اختراقات كبيرة في القدرة على الحساب في المستقبل.