أحرز باحثون من جامعة بازل تقدمًا كبيرًا في تطوير عناصر ذاكرة الكم. تلعب هذه العناصر الذاكرة دورًا حاسمًا في مستقبل الشبكات الكمومية، التي ستتيح الاتصال الآمن والتوصيل بين تقنيات الكموم. نجح الباحثون، بقيادة البروفيسور فيليب تروتلاين، في بناء عنصر ذاكرة مصغرة يمكن إنتاجه بكميات كبيرة، مما يمثل خطوة مهمة نحو التنفيذ العملي.
تعتمد الشبكات الكمومية على عناصر الذاكرة لتخزين وتوجيه المعلومات عند الحاجة. ولتحقيق ذلك، استخدم الباحثون خلية زجاجية صغيرة تحتوي على ذرات كعنصر ذاكرة الكم. يعتبر الجسيمات الضوئية، المعروفة بالفوتون، مثالية لنقل المعلومات الكمومية. التحدي يكمن في تخزين الحالة الكمومية الدقيقة لهذه الفوتونات وتحويلها مرة أخرى إلى شكلها الأصلي بعد مدة زمنية محددة.
في تجربة سابقة، قام الباحثون بنجاح بتخزين الفوتونات باستخدام ذرات الروبيديوم في خلية زجاجية يدوية الصنع. ومع ذلك، لتلبية متطلبات التطبيقات العملية، كان يجب أن تكون الخلايا أصغر حجمًا وقادرة على الإنتاج الضخم. قام تروتلاين وفريقه بحل هذه المشكلة من خلال الحصول على خلايا أصغر من الإنتاج الجماعي للساعات الذرية.
لضمان وجود عدد كافٍ من ذرات الروبيديوم لتخزين المعلومات الكمومية على الرغم من تصغير حجم الخلية، استخدم الباحثون استراتيجيات مختلفة. قاموا بتسخين الخلية إلى 100 درجة مئوية لزيادة ضغط البخار، مما يسمح بوجود عدد أكبر من الذرات داخل الخلية. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق مجال مغناطيسي أقوى بمقدار 10,000 مرة من مجال الأرض المغناطيسي لتحقيق تحول في مستويات الطاقة الذرية، مما يسهل تخزين المعلومات الكمومية للفوتونات باستخدام أشعة ليزر. قدرت هذه التقنية تخزين الفوتونات لمدة تقارب 100 نانوثانية، ما يعادل مسافة 30 مترًا تسلكها الفوتونات الحرة.
جاء الإنجاز الذي تم تحقيقه في شكل من تكنولوجيا ذاكرة الكم المصغرة للفوتونات، قادرة على الإنتاج الضخم. يسلط تروتلاين الضوء على إمكانية إنتاج حوالي 1000 نسخة من هذه العناصر الذاكرة على شريحة واحدة. في حين شملت التجربة الحالية نبضات ليزر ذات تحجيم كبير، تهدف الأبحاث المستقبلية إلى تخزين الفوتونات الفردية باستخدام هذه الخلايا المصغرة.
يعترف الباحثون بضرورة مزيد من التحسينات على تنسيق الخلايا لتعزيز مدة تخزين الفوتونات مع الحفاظ على حالتها الكمومية. يهدف تروتلاين، بالتعاون مع CSEM في نوشاتيل، إلى تحسين الخلايا الزجاجية واستكشاف تخزين الفوتونات الفردية في عناصر الذاكرة المصغرة.
يقربنا هذا التطور الرائد خطوة واحدة أخرى من تحقيق الإمكانات الكاملة للشبكات الكمومية. مع استمرار التطور في الأبحاث، يصبح تنفيذ التشفير الكمومي والتوصيل بين أجهزة الكموم أكثر تحققًا. المستقبل يحمل وعدًا كبيرًا لهذه التكنولوجيا الثورية.