قدم الباحثون في معهد لوزان للتكنولوجيا المتقدمة (EPFL) إنجازًا ثوريًا في مجال الميكانيكا الكمية من خلال السيطرة بنجاح على الظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة، وهو إنجاز كان يعتقد في السابق أنه لا يمكن تحقيقه. يترتب على هذا الإنجاز تبعات عميقة على مجال التكنولوجيا الكمية، فضلاً عن دراسة الأنظمة الكمية الماكروسكوبية.
في مجال الفيزياء الكمية، كانت القدرة على مراقبة والتلاعب بالظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة تحديًا منذ فترة طويلة. في السابق، كانت هذه الملاحظات محدودة للبيئات القريبة من الصفر المطلق حيث يمكن كشف تأثيرات الكم بسهولة أكبر. انخفاض درجة الحرارة المطلوب بشدة قد أعاق تطبيقات التكنولوجيا الكمية.
ومع ذلك، فإن الدراسة الحديثة التي قام بها توبياس جيه كيبنبرغ ونيلس جوهان إنجلسن في EPFL تغير اللعبة. من خلال جمع مبادئ الفيزياء الكمية والهندسة الميكانيكية، تمكن الباحثون من السيطرة بنجاح على الظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة. يجلب هذا التحقق الثوري مفهوم المجهر هايزنبيرغ إلى الواقع، الذي كان يُعتبر سابقًا نموذجًا نظريًا.
في إعدادهم التجريبي، قام العلماء بإنشاء نظام بصري ميكانيكي فائق الهدوء، مما سمح لهم بدراسة والتحكم في تفاعل الضوء والحركة الميكانيكية بدقة لا مثيل لها. أحد التحديات الرئيسية عند درجة حرارة الغرفة هو الضوضاء الحرارية التي تعرقل الديناميكا الكمية الدقيقة. للتغلب على هذه المشكلة، استخدم الباحثون مرايا متخصصة تسمى مرايا الفجوة التي تعكس الضوء ذهابًا وإيابًا داخل مساحة محصورة. هذه المرايا تحجز بشكل فعال الضوء، مما يعزز تفاعله مع العناصر الميكانيكية في النظام. علاوة على ذلك، تم تنسيق المرايا بنماذج دورية تشبه بلورة للحد من الضوضاء الحرارية.
جزء حاسم من الإعداد التجريبي هو جهاز على شكل طبول بقطر 4 مم يُسمى اهتزاز ميكانيكي، الذي يتفاعل مع الضوء داخل التجويف. يلعب حجمه وتصميمه دورًا بارزًا في عزله عن ضوضاء البيئة، مما يمكن من كشف الظواهر الكمية الدقيقة عند درجة حرارة الغرفة. من خلال تحقيق “ضغط بصري” ، تأثير كم يعمل على تلاعب بخصائص معينة للضوء، أبرز الباحثون قدرتهم على التحكم والملاحظة للظواهر الكمية في نظام ماكروسكوبي دون الحاجة إلى درجات حرارة شديدة البرودة.
تترتب على هذا الاختراق تأثيرات عميقة. قدرة تشغيل أنظمة البصريات الميكانيكية الكمية عند درجة حرارة الغرفة يفتح آفاقًا جديدة لقياس الكم والميكانيكا الكمية على نطاق أكبر. كما يمهد الطريق لتطوير أنظمة كمية شبه قطعة واحدة، حيث يمكن للطبل الميكانيكي أن يتفاعل بشكل قوي مع أجسام مختلفة، مثل سحب الذرات المحبوسة. هذه الأنظمة لها تطبيقات هامة في مجال المعلومات الكمية وتلعب دورًا حاسمًا في استكشاف إنشاء حالات كمية كبيرة ومركبة.
في الختام، فإن الإنجاز الثوري الذي حققه الباحثون في EPFL في السيطرة على الظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة يحدث ثورة في مجال الميكانيكا الكمية. إنه يزيل الحاجة إلى البرودة الشديدة، ويوسع التطبيقات العملية للتكنولوجيا الكمية ويسمح بدراسة الأنظمة الكمية الماكروسكوبية بطرق جديدة تمامًا. يفتح هذا الاختراق إمكانيات شيقة لمستقبل التكنولوجيا الكمية وفهمنا للعالم الكمي.
الأسئلة المتداولة حول السيطرة على الظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة:
س: ما هو أهمية الإنجاز الذي حققه الباحثون في EPFL في الميكانيكا الكمية؟
ج: نجح الباحثون في التحكم بالظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة، وهو ما كان يعتقد في السابق أنه لا يمكن تحقيقه. يترتب على هذا الإنجاز تبعات عميقة على مجال التكنولوجيا الكمية ودراسة الأنظمة الكمية الماكروسكوبية.
س: لماذا كانت مراقبة والتلاعب بالظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة تحديًا؟
ج: في السابق، تم مشاهدة الظواهر الكمية في بيئات قريبة من الصفر المطلق، حيث يمكن اكتشاف تأثيرات الكم بسهولة في درجات الحرارة الشديدة البرودة. الحاجة إلى درجات حرارة شديدة البرودة قد قيد التطبيقات العملية للتكنولوجيا الكمية.
س: كيف تغلب الباحثون في EPFL على تحدي مشاهدة الظواهر الكمية عند درجة حرارة الغرفة؟
ج: جمع الباحثون مبادئ الفيزياء الكمية والهندسة الميكانيكية لإنشاء نظام بصري ميكانيكي فائق الهدوء. استخدموا مرايا الفجوة المتخصصة لاحتجاز الضوء وتعزيز تفاعله مع العناصر الميكانيكية. تضمن النظام أيضًا اهتزازًا ميكانيكيًا تم تصميمه لعزله عن ضوضاء البيئة.
س: ما هو “ضغط بصري”؟
ج: “ضغط البصريات” هو ظاهرة كم تعمل على تلاعب بخصائص معينة للضوء. وقد أظهر الباحثون تحقيق ضغط بصري للتحكم في الظواهر الكمية وملاحظتها في نظام ماكروسكوبي عند درجة حرارة الغرفة.
س: ما هي تأثيرات هذا الاختراق؟
ج: إمكانية تشغيل أنظمة البصريات الميكانيكية الكمية عند درجة حرارة الغرفة تفتح الباب لقياس الكم والميكانيكا الكمية على نطاق أكبر. كما تسمح بتطوير أنظمة كمية شبه قطعة واحدة وتستخدم في مجال المعلومات الكمية واستكشاف إنشاء حالات كمية كبيرة ومركبة.
الرابط المقترح: EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne)
The source of the article is from the blog reporterosdelsur.com.mx