تمكن الباحث المصري كيرلس موسى عجايبي يوسف، طالب الدكتوراه بكلية الهندسة والعلوم التطبيقية في جامعة هارفارد، من النجاح ضمن فريق بحثي دولي في تطوير جهاز يُمكنه التحكم بدقة غير مسبوقة في جزيئات الضوء، وتغيير شكل ومسار الفوتونات بطريقة متطورة.

وقام باحثو البصريات في كلية «جون إيه. بولسون» للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد «SEAS»، بضغط كل هذه المكونات البصرية في مصفوفة واحدة مسطحة وفائقة الرقة من عناصر دون الطول الموجي تتحكم بالضوء بنفس الطريقة، ولكن باستخدام عدد أقل بكثير من الأجزاء المصنعة.

وطوّرت مجموعة البحث بقيادة فيديريكو كاباسو، أستاذ الفيزياء التطبيقية؛ وروبرت إل. والاس وزميل الأبحاث البارز، في الهندسة الكهربائية، فينتون هايز، أسطح ميتا مصممة خصيصًا وهي أجهزة مسطحة محفورة بأنماط نانوية تتحكم في الضوء لتكون بمثابة ترقية فائقة الرقة لرقائق وأنظمة البصريات الكمومية.

مقالات ذات صلة

نُشرت هذه الدراسة في مجلة «Science»، وجرى تمويلها من قبل مكتب أبحاث القوات الجوية الأمريكية «AFOSR».

أظهر كاباسو وفريقه أن سطح الميتا «metasurface» يمكنه توليد حالات معقدة ومتشابكة من الفوتونات لتنفيذ عمليات كمومية، تمامًا كما تفعل الأجهزة البصرية الأكبر حجمًا والمكوّنة من العديد من المكونات المختلفة.

وعلى نطاق أوسع، يُجسد هذا العمل مجال البصريات الكمومية المعتمدة على أسطح الميتا، والذي إلى جانب تمهيد الطريق نحو حواسيب وشبكات كمومية تعمل في درجة حرارة الغرفة يمكن أن يُفيد أيضًا في مجال الاستشعار الكمومي، أو يتيح إمكانيات «مختبر على شريحة» لخدمة الأبحاث العلمية الأساسية.

كان تصميم سطح ميتا واحد يمكنه التحكم بدقة في خصائص مثل السطوع، والطور، واستقطاب الضوء تحديًا فريدًا، بسبب التعقيد الرياضي الذي ينشأ مع تزايد عدد الفوتونات، وبالتالي عدد الكيوبتات. فكل فوتون إضافي يُدخل عددًا كبيرًا من مسارات التداخل الجديدة، والتي تتطلب في الأنظمة التقليدية عددًا متزايدًا بسرعة من مقسّمات الشعاع ومخارج الإشارة.

لإدارة هذا التعقيد، اعتمد الباحثون على فرع من الرياضيات يُعرف بنظرية الرسوم البيانية «graph theory»، التي تستخدم النقاط والخطوط لتمثيل الروابط والعلاقات.

من خلال تمثيل حالات الفوتونات المتشابكة على شكل العديد من الخطوط والنقاط المتصلة، تمكنوا من تحديد كيفية تداخل الفوتونات بصريًا، والتنبؤ بتأثيراتها في التجارب.

تُستخدم نظرية الرسوم البيانية أيضًا في بعض أنواع الحوسبة الكمومية وتصحيح.....

لقراءة المقال بالكامل، يرجى الضغط على زر "إقرأ على الموقع الرسمي" أدناه

هذا المحتوى مقدم من صحيفة المصري اليوم