مُصفّي الفوتون يفتح الباب أمام الحواسيب الكمومية البصرية بالكامل

قامت فريق بحثي من جامعة بازل في سويسرا هذا الأسبوع بتقديم طريقة جديدة لفصل الفوتونات الفردية عن التجمعات. تمكّن الطريقة الجديدة الباحثين من التحكم بشكل أفضل في التفاعلات على المستوى الجزيئي. ومن الجدير بالذكر أن العديد من الباحثين يرون أن فرز الفوتونات الفردية عن الهياكل المتعددة الفوتونات خطوة حاسمة نحو استخدام هذه التقنية لتشغيل supercomputers العالمية وأكثر من ذلك. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

دراسة المُصفّي

سعى المهندسون لإظهار كيف يمكن لجهاز المُصفّي إنجاز هذه المهمة بشكل موثوق وفعّال. يدمج النظام مُنبِثًا كموميًا يتيح إنشاء ذرة أحادية البُعد تُعرف باسم نقطة كمومية. ومن المثير للاهتمام أن الدراسة تتعمق في كيفية توجيه آلية المُصفّي للفوتونات لفصلها بناءً على ما إذا كانت منفردة أو مرتبطة بفوتونات أخرى. لتحقيق هذه المهمة، أجرى الفريق بعض التغييرات على نموذج جايينز-كمينغز.

تغييرات على نموذج جايينز-كمينغز

ساهم نموذج جايينز-كمينغز في تشكيل علم البصريات الكمومية لأكثر من ستين عامًا. قدمه إدوين جايينز وفرانك كمينغز للعالم لأول مرة في عام 1963، ومنذ ذلك الحين أصبح أساسيًا في هذا المجال. ومن الجدير بالذكر أن هذا النموذج سهل على الباحثين فهم تفاعلات الضوء مع المادة، بما في ذلك كيفية تفاعل ذرة ذات مستويين مع حقل كهرومغناطيسي كمومي. هذه العوامل جعلت نموذج جايينز-كمينغز مثاليًا لإنشاء صيغ جديدة.

كان هناك بعض العيوب في نموذج جايينز-كمينغز التي كان على الباحثين التغلب عليها من أجل الدراسة. اكتشف الفريق أن النموذج يصعب من خلاله تحديد أقصى كفاءة ربط (عامل 훽) ولحظة انخفاض التشوش. لذلك، أنشأوا نسخة مستفادة من النقاط الكمومية لتحقيق قدرات إضافية.

اختبار نظرية المُصفّي

كانت الخطوة الأولى في اختبار نظرية المُصفّي هي إنشاء نقطة كمومية شبه موصلة. مثل هذا الفوتون أحادي الطبقة ذرة أحادية البُعد، ثم وُضع داخل تجويف دقيق. كان لهذا التجويف الجدران الداخلية العاكسة وتم تركه مفتوحًا بحيث يمكن ضبطه، مما أتاح للمهندسين تعديل 훽 وعوامل أخرى.

الليزر

اُستخدم ليزر ضعيف بالتزامن مع جزيرة شبه موصلات بعرض 20 نانومتر لاستهداف الجدران العاكسة للتجويف الدقيق. بالنسبة للدراسة، تم تركيز الليزر على الجدران شبه الشفافة للتجويف قبل تفعيله عبر فصل مرآتين. ثم تم توجيه الضوء المنكسر إلى إعداد مقسم حزمة مع ألواح نصف موجية مائلة خصيصًا لفصل الفوتونات. بالإضافة إلى ذلك، تم بناء مقسم الحزمة ليكون حساسًا للاستقطاب، مما ساعده أيضًا على الفرز بفعالية أكبر.

ومن الجدير بالذكر أن المقسم كان يوجه تلقائيًا الفوتونات الفردية إلى منفذ منفصل عن تجمعات الفوتونات المتعددة. كما قاس النظام عدد الفوتونات التي تفاعلت مع النقطة الكمومية لتحديد الحالة الحقيقية للطاقة. تُعد النقاط الكمومية مثالية لهذه المهمة لأنها تمتص الفوتونات وتُصدر الضوء بناءً على التفاعلات المختلفة.

النتائج

وجد الباحثون أن المُصفّي يفصل بدقة الفوتونات الفردية عن التجمعات. كما أظهرت الدراسة أن المهندسين قادرون على تحقيق إخماد بنسبة 99.2٪ في النقل باستخدام ليزر ضعيف. بالإضافة إلى ذلك، كشفت البيانات الجديدة عن بعض النتائج المثيرة، بما في ذلك دوال الارتباط من الدرجة الثانية.

ومن المثير للإعجاب أن المُصفّي يجعل من الممكن فصل وقياس عدد الفوتونات التي تمر عبر الآلية بدقة. سيفتح هذا القدرة فرصًا جديدة في المستقبل حيث أن القدرة على تأكيد تجميع الفوتونات، وفصل الفوتونات بناءً على الحالة، ومراقبة مستويات إثارة الفوتونات بشكل أفضل هي جميعها خطوات حاسمة لاستخدام هذه التقنية يومًا ما لتشغيل الحواسيب من الجيل التالي وأكثر.

حالة الاستخدام المحتملة

هناك العديد من حالات الاستخدام المحتملة لهذه التقنية. المجال الرئيسي للتركيز هو إنشاء بوابات منطقية فوتونية جديدة. يلعب المنطق الكمومي دورًا حاسمًا في الحواسيب الكمومية فائقة السرعة اليوم. ومع ذلك، كان من الصعب إنشاء بوابات منطقية فوتونية لحواسيب كمومية بصرية 100٪ حتى الآن بسبب عدم موثوقية العلم بما فيه الكفاية. تفتح هذه الدراسة الأخيرة الباب أمام هذه الأنظمة للمضي قدمًا أخيرًا.

فوائد مُصفّي الفوتون

تكشف دراسة مُصفّي الفوتون عن عدة فوائد. أولاً، ستساعد هذه التقنية الباحثين على فهم الضوء وكيفية تفاعله مع العالم على أساس الفوتون الواحد بشكل أفضل. كان هذا المستوى من المراقبة المتعمقة غير متاح سابقًا. وبالتالي، يعتقد الكثيرون أن هذا الاختراق سيساعد البشرية على استغلال قوة الضوء وسرعته بشكل أفضل للجميع.

التحكم في إحصائيات الفوتون

توفر هذه الأبحاث فائدة أخرى وهي أنها المرة الأولى التي يتم فيها تطوير طريقة موثوقة لفرز الفوتونات إلى عنصرها الفردي. ستمكن هذه القدرة المهندسين من إنشاء أجهزة يمكنها تحديد حالات مثل التجمع القوي أو التجمع العكسي لإنجاز مهام مثل تحويل الضوء إلى طاقة على مستوى الفوتون الواحد، مما يضمن عصرًا جديدًا من الكفاءة.

الباحثون

قاد الباحثون وراء المشروع ريتشارد واربرتون من جامعة بازل في سويسرا. نجح الفريق في إظهار طريقة مُصفّي الفوتون الخاصة بهم ويسعى الآن لتوسيع أبحاثه في الأشهر القادمة. يبني عملهم على عقود من الدراسات الكمومية وسيساعد في تمويل الفصل التالي من أبحاث الكم.

شركتان يمكن أن تستفيدا من دراسة مُصفّي الفوتون

يمكن للعديد من الشركات التقنية الكبرى دمج نتائج هذه الدراسة لتحسين منتجاتها وخدماتها. هذه الشركات تهيمن بالفعل على قطاع الحوسبة الكمومية الحصري. وبالتالي، قد تشهد عوائد أكبر في المستقبل من خلال الاستفادة من هذا الاكتشاف.

1. Honeywell

HON مخطط السعر

تُعد Honeywell رائدة في قطاع الحواسيب الكمومية. تمتد الشركة المصنعة عبر عدة صناعات وتعمل منذ عام 1906. تقدم هذه الشركة التي تتخذ من ولاية كارولاينا الشمالية مقرًا لها تقنيات الطيران والبناء إلى السوق وتُعد واحدة من أكثر الأسهم شهرة اليوم.

ومن الجدير بالذكر أن Honeywell بدأت صعودها إلى الشهرة shortly after merging with AlliedSignal in 1999. تلا هذا الاندماج استحواذ Universal Oil Products بمبلغ 1.2 مليار دولار في عام 2002. اليوم، لا تزال Honeywell قوة مهيمنة في السوق. تشمل منتجاتها مجموعة واسعة من العروض، مثل أنظمة التحكم البيئي، وأنظمة الطاقة الكهربائية، وإكسسوارات أنظمة المحركات، وحلول السلامة والإنتاجية، وشبكات الأتمتة والتحكم.

تُعد Honeywell خيارًا قويًا “للإمساك” للمتداولين لأسباب عديدة. أولاً، تحتل الشركة المرتبة 115 في قائمة Fortune 500 وتم الاعتراف بها كواحدة من “الشركات الأكثر إعجابًا في العالم” من قبل مجلة Fortune العام الماضي. حاليًا، توظف Honeywell أكثر من 95,000 محترف ماهر. بالإضافة إلى ذلك، سجلت إيرادات بقيمة 36.66 مليار دولار لعام 2023، مما يجعلها واحدة من أكبر الكاسبين في قطاع الحواسيب الكمومية. تجعل هذه العوامل من Honeywell سهمًا يجب مراقبته، حيث قد يؤدي بيان الأرباح القادم إلى زيادة الطلب على هذا الأصل.

2. Arqit Quantum ARQQ

Arqit Quantum (ARQQ ) هي شركة أمان سيبراني مقرها المملكة المتحدة تقدم حماية ضد هجمات الحواسيب الكمومية. ستسيطر هذه الأجهزة الفائقة القوة يومًا ما على مشهد الحوسبة. تجعل قدراتها منها مثالية للحوسبة من الجيل التالي، لكنها أيضًا تشكل تهديدًا كبيرًا لمحترفي الأمن السيبراني اليوم.

إدراكًا للطلب على أنظمة عالية الأمان ومقاومة للكم، أسس ديفيد جون ويليامز، ديفيد جيمس بيستويك، وجيفري تايلور شركة Arqit Quantum. تشمل نهجهم الفريد تقديم منصة كخدمة (Paas) وخيارات تخزين QuantumCloud. كلاهما يحمي المستخدمين من تهديدات اختراق الحواسيب الكمومية.

شهدت Arqit Quantum بعض الخسارة في القيمة خلال شهر أغسطس حيث عانى معظم قطاع التكنولوجيا من خسائر. ومع ذلك، تمتلك الشركة إمكانات صعودية كبيرة، خاصةً عند النظر إلى تزايد تهديدات الحرب السيبرانية عالميًا. يوفر منصة التشفير الفريدة للاتفاق على المفتاح المتماثل الآمن من الناحية الكمومية من Arqit Quantum حماية على مستوى المؤسسات عند الحاجة.

وقعت Arqit Quantum مؤخرًا شراكة استراتيجية مع Sparkle لإنشاء إثبات مفهوم (PoC) لشبكة كخدمة (Network-as-a-Service)، مما قد يساعد في إظهار فعالية أنظمة Arqit ضد الاختراقات الكمومية. يتوقع المحللون بعض النمو من هذا الأصل مع استمرار الشركة في جمع الجوائز لأبحاثها العلمية.

في العام الماضي وحده، حصلت Arqit Quantum على جائزة الابتكار في الأمن السيبراني، وجائزة شركة برمجيات الأمن السيبراني للعام، وتم تكريمها من قبل جوائز مؤسسة الهندسة والتقنية (IET) لعام 2023 لأبحاثها الرائدة في مجال الحوسبة الكمومية.

المستقبل هو الكم

ليس هناك شك في أن قوة الحوسبة أصبحت مكوّنًا أساسيًا للأمن القومي وأكثر من ذلك. مع تحول المزيد من مدن العالم إلى الذكية، من المؤكد أن هذه الأنظمة ستلعب دورًا متزايد الأهمية في حياة الناس اليومية. وبالتالي، يتفق معظم الناس على أن تقنية الكم تحتاج إلى أن تُصقل وتُحافظ عليها بطريقة لا تكون ضارة.

مُصفّي الفوتونات – فتح آفاق الحوسبة الكمومية البصرية

العالم يواصل التقدم نحو عصر الحوسبة الكمومية. أصبحت هذه الأجهزة الآن أصغر وأكثر توفرًا من أي وقت مضى. في المستقبل، ستصبح متاحة تجاريًا للجميع، مما يفتح الباب أمام فرص جديدة عبر الأسواق. في الوقت الحالي، يُعد مُصفّي الفوتون عنصرًا حاسمًا في تطور الحوسبة من الثنائية إلى الخيارات الكمومية.

تعرف على مشاريع حوسبة أخرى رائعة المشاريع