تمكنت دراسة جديدة مبتكرة من دمج عوالم الفيزياء الكمومية والهندسة الميكانيكية بنجاح، مما يتيح التحكم في ومراقبة الظواهر الكمومية في درجة حرارة الغرفة. تتحدى هذه الأبحاث الاعتقاد التقليدي بأنه يمكن دراسة هذه الظواهر فقط عندما تصل درجات الحرارة إلى الصفر المطلق.
في السابق، كانت مراقبة وتلاعب الآثار الكمومية يتطلب درجات حرارة منخفضة جداً، تقترب من حرارة الصفر المطلق بما يعادل -459.67 درجة فهرنهايت. وهذا البرودة الشديدة ضرورية لكي يصبح الجسيمات ثابتة. ومع ذلك، تحقيق مثل هذه الحرارات المنخفضة هو أمر يتطلب تحديات كبيرة ويقيد الدراسات والتطبيقات المتعلقة بتقنيات الكم.
تُقدم الدراسة الحديثة، التي نُشِرَت في مجلة Nature، طريقة جديدة تحقق تطبيق نموذج نظري يعرف باسم “مجهر هايزنبرغ” في الحقيقة. قام المشاركون التأليفيون توبياس ج. كيبنبرغ ونيلس جوهان إنجلسن بتطوير نظام بصوتيات ميكانيكية فائقة الهادئة يعمل في درجة حرارة الغرفة. يتيح هذا النظام المبتكر فحص التفاعل بين الضوء والحركة الميكانيكية بالتحكم الدقيق.
للتغلب على مشكلة ضوضاء الحرارة التي تسببها حركة الجسيمات، استخدم الباحثون مرايا فجوية خاصة مصممة بأنماط بلورية ضوئية. تحبس هذه المرايا الفوتونات بشكل فعال، مما يتيح تلاعبها وتفاعلها مع العناصر الميكانيكية للنظام. تقلل تطبيق مرايا الفجوة ذات الأنماط البلورية الصوتية من ضوضاء تردد الفجوة بنسبة تزيد عن 700 مرة.
تضم الشجرة التجربة أيضًا استخدام مذبذب ميكانيكي معزول تمامًا للتفاعل مع الضوء المحجوز. يتيح هذا العزل مشاهدة ظواهر كمية متطورة حتى في درجة حرارة الغرفة. يظهر تحقيق الضغط الضوئي، والذي يقلل التذبذب في بعض خصائص الضوء، السيطرة والمراقبة للظواهر الكمومية على نطاق ماكروسكوبي.
تترتب على هذه الدراسة آثار هائلة. يمكن أن يُحدِث تطوير الأنظمة الكمومية المختلطة التي تجمع بين الطبول الميكانيكية مع السحب الذري المحجوز ثورة في المعلومات الكمومية وتؤدي إلى فهم أفضل لإنشاء حالات كمومية كبيرة ومعقدة. علاوة على ذلك، يمكن أن تسهم الوصول الموسع إلى أنظمة البصريات الميكانيكية الكمومية المتاح بفضل هذا البحث في تقدمات في قياس الكم والميكانيكا على مستويات ماكروسكوبية.
تم نشر الدراسة المعنونة “وضع طوري للبصريات ميكانيكية الكم باستخدام فجوة ضوضاء فائقة منخفضة”، من قبل غوان هاوانغ وألبرتو بيكاري ونيلس ج. إنجلسن وتوبياس ج. كيبنبرغ، في مجلة Nature في 14 فبراير 2024. هذه الاختراق فتح أفاقًا جديدة لاستكشاف واستخدام الظواهر الكمومية عند درجة حرارة الغرفة، مما يقدم آفاقًا مشوقة للتقدمات التكنولوجية المستقبلية.
الأسئلة المتكررة:
س: ماذا تحقق الدراسة المبتكرة المذكورة في المقال؟
ج: تم دمج الفيزياء الكمومية والهندسة الميكانيكية بنجاح، مما يتيح التحكم في ومراقبة الظواهر الكمومية في درجة حرارة الغرفة.
س: ما هو الاعتقاد التقليدي بشأن دراسة الظواهر الكمومية؟
ج: الاعتقاد التقليدي هو أن الظواهر الكمومية يمكن دراستها فقط عندما تصل درجات الحرارة إلى الصفر المطلق.
س: لماذا تحقيق درجات حرارة منخفضة جداً صعب ويقيد التكنولوجيا الكمية؟
ج: تعتبر درجات الحرارة المنخفضة جداً ضرورية لثبات الجسيمات، ولكن تحقيق مثل هذه الحرارات صعب ويقيد تكنولوجيا الكم.
س: من هم المشاركون التأليفيون للدراسة؟
ج: المشاركون التأليفيون للدراسة هم توبياس ج. كيبنبرغ ونيلس جوهان إنجلسن.
س: ما هو اسم النموذج النظري الذي تم تحويله إلى حقيقة في الدراسة؟
ج: النموذج النظري الذي تم تحويله إلى حقيقة هو “مجهر هايزنبرغ”.
س: كيف تجاوز الباحثون ضوضاء الحرارة التي تسببها حركة الجسيمات؟
ج: استخدم الباحثون مرايا فجوية خاصة مصممة بأنماط بلورية ضوئية لاحتجاز الفوتونات وتقليل ضوضاء تردد الفجوة.
س: ماذا يتضمن التجربة للتفاعل مع الضوء المحجوز؟
ج: تتضمن التجربة مذبذب ميكانيكي معزول تمامًا للتفاعل مع الضوء المحجوز.
س: ما هو الضغط الضوئي وماذا يظهر؟
ج: الضغط الضوئي هو تقليل التذبذب في بعض خصائص الضوء. يظهر هذا الضغط الضوئي السيطرة والمراقبة للظواهر الكمومية على نطاق ماكروسكوبي.
التعريفات:
– الظواهر الكمومية: الآثار والسلوك المرئية التي تحدث على مستوى الكم، مثل التداخل والارتباط الكمومي.
– النظام بصوتيات ميكانيكية: نظام يجمع بين البصريات والميكانيكا، ويدرس التفاعل بين الضوء والحركة الميكانيكية.
– أنماط بلورية ضوئية: أنماط فريدة مصممة في مرايا فجوية لاحتجاز الفوتونات بشكل فعال.
– ضوضاء حرارية: تذبذبات عشوائية ناتجة عن الحركة الحرارية للجسيمات.
– ضوضاء تردد الفجوة: الضوضاء غير المرغوب فيها في ترددات مرايا الفجوة.
روابط ذات صلة:
– Nature
[تضمين]https://www.youtube.com/embed/vruYFOlM1-Q[/تسمية]
The source of the article is from the blog procarsrl.com.ar