تطور بسيط يمنح العلماء تحكمًا جديدًا في الضوء الكمي

إن تطور بسيط لمادة فائقة الرقة أعطى العلماء تحكمًا مدهشًا في الضوء الكمي، مما جعل التقنيات الكمومية المستقبلية أقرب إلى الواقع.

اكتشف باحثون من جامعة سيدني للتكنولوجيا طريقة جديدة للتحكم في مصادر الضوء الكمومية الصغيرة عن طريق لف طبقات رقيقة جدًا من نيتريد البورون السداسي، وهو إنجاز يمكن أن يساعد في نقل التقنيات الكمومية إلى مكان أقرب إلى الاستخدام في العالم الحقيقي.

وجد الفريق أن الطبقات المكدسة الدوارة من المادة تسمح لهم بضبط سلوك بواعث الضوء الكمومية بدقة، وهي عيوب صغيرة يمكن أن تنتج جزيئات فردية من الضوء. تعتبر السيطرة الأكبر على هذه البواعث خطوة مهمة نحو التقنيات المستقبلية بما في ذلك الحوسبة الكموميةوالاتصالات الآمنة وأجهزة الاستشعار فائقة الحساسية.

طبقات ملتوية تغير الضوء الكمومي

وقال المؤلف الرئيسي الدكتور أنجوس غيل إن أحد أكبر التحديات هو تحويل هذه البواعث الكمومية من فضول مختبري إلى أجهزة عملية.

قال الدكتور غيل: “يمكنك قياس هذه البواعث الكمومية ورؤية وجودها، ولكن من الصعب جعلها تعمل عمليًا. وهذا يمنحنا وسيلة للاقتراب من ذلك – وهي خطوة نحو تحقيق التقنيات الكمومية”.

خلال التجارب، تمكن الباحثون من إحداث تحول كبير في كل من اللون والطول الموجي للضوء المنبعث. ما جعل النتيجة غير عادية بشكل خاص هو أنهم تمكنوا من رفع المادة وتدويرها وإعادة تكديسها بشكل متكرر بدلاً من تثبيتها بزاوية ملتوية واحدة، وهو عدد التجارب المماثلة التي تم إجراؤها.

“نحن نستفيد من حقيقة أن هذه المادة، نيتريد البورون السداسي (hBN)، مكونة من طبقات. يمكننا التقاطها، وتكديسها، ولفها، واستخدام هذا اللف لتعديل البواعث. لا يمكنك فعل ذلك باستخدام المواد التقليدية مثل الماس أو كربيد السيليكون”.

لماذا يختلف نيتريد البورون السداسي؟

وفقًا لغيل، فإن الطبيعة الطبقية لـ hBN توفر درجة تحكم أكبر بكثير مما يحققه العلماء عادةً مع المواد الصلبة التقليدية.

قال غيل: “تكمن الفائدة في أننا استخدمنا هذه المنصة القابلة للالتواء لتحويل الانبعاثات بمقدار كبير جدًا”. “في كثير من الأحيان، عندما تتحكم في هذه الأنظمة، يكون مقدار التلاعب محدودًا للغاية، ولكن في هذه الحالة كان التحول أكبر بكثير من المتوقع.

“بدلاً من محاولة جعل عيوب hBN تتصرف مثل مضيفات الحالة الصلبة التقليدية، استفدنا من قوة hBN الخاصة: هيكله الرقيق ذو الطبقات والقابل للالتواء.”

لتوضيح المفهوم، يقارن غيل المادة بشرائح الجبن بدلاً من كتلة صلبة.

وقال: “مع كتلة من الجبن، لا يمكنك حقا الوصول إلى النكهة في المنتصف. ولكن مع الشرائح، يمكنك تقشير الطبقات، وإعادة تجميعها وتغيير كيفية تفاعلها”.

خطوة نحو تقنيات الكم المستقبلية

وقال المؤلف المشرف البروفيسور إيجور أهارونوفيتش إن المواد ذات الطبقات الملتوية يمكن أن تكشف عن سلوك جسدي جديد تمامًا غير موجود في الطبقات الفردية وحدها.

قال البروفيسور أهارونوفيتش: “يمكنك أن تأخذ طبقتين لا تفعلان الكثير بمفردهما، وتضعهما معًا في زاوية معينة، وفجأة يكون لديك نظام مختلف تمامًا”.

وأضاف أن هذه القدرة المتزايدة على التحكم في المواد الكمومية يمكن أن تدعم في نهاية المطاف التقدم في الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية والاستشعار الكمي. يمكن لهذه التقنيات تحسين مجالات تتراوح بين الرعاية الصحية والأمن السيبراني إلى نظام تحديد المواقعمع منح العلماء سيطرة أكبر على لبنات البناء الأساسية اللازمة لجعل الأجهزة الكمومية العملية حقيقة واقعة.

المرجع: “التعديل الملتوي للبواعث الكمومية في نيتريد البورون السداسي” بقلم أنجوس جيل، وسيونججون لي، وسيونجمين بارك، وإيفان ويليامز، وهيلين تشي جي زينج، وجيمس ليدل-ويسولوفسكي، ويونج داك كيم، وميلوس توث، وتوني لو، وإيجور أهارونوفيتش، 19 يونيو 2026، تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.aec0101

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.