العلماء يبتكرون شكلًا حديثًا من الضوء لإنشاء بلورات ضوئية

في تقدم علمي جديد يمكن أن يمهد الطريق لكل شيء بداية من أجهزة الكمبيوتر الكمية فائقة السرعة إلى السيوف الضوئية الواقعية

ابتكر فريق من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا و جامعة هارفارد، شكلًا جديدًا من الضوء يمكن استخدامه لإنشاء بلورات ضوئية في يوم من الأيام في المستقبل، ويُحتمل أنّ  الشكل الجديد للضوء سيستخدم لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمية ذات السرعة الفائقة

ويحدث الشكل الجديد من الضوء عندما تلتصق 3 فوتونات معًا "وهو جسيم أولي"، وهو مذهل بالنظر إلى أن جزيئات الضوء عادة ما ترفض التفاعل، على سبيل المثال، إذا قمت بتشغيل اثنين من البطاريات بمثل هذه الطريقة التي تعبر بها اشعاعتهم، فلن يحدث شيء، وذلك لأن الفوتونات التي تشكل الضوء لا تتفاعل، بدلا من ذلك، "يمر بعضهم بجانب البعض، وفقا لما ذكره معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بيان صحافي، ووجّه العلماء، شعاع ليزر ضعيف، من أجل حث الفوتونات على التفاعل، من خلال سحابة كثيفة من ذرات شديدة البرودة، يؤدي ذلك إلى إبطاء الذرات إلى أن تسكن تقريبًا، فلا ترسل سوى عدد قليل من الفوتونات عبر السحابة في وقت واحد، فخرجت الفوتونات من السحابة مرتبطة معا في زوجين أو ثلاث.

وقال معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن هذا يعني "نوعا من التفاعل، وفي هذه الحالة، تحدث فيما بينها جاذبية"، وهذه ليست المرة الأولى التي يلاحظ فيها الباحثون مثل هذا النوع من التفاعل، ففي عام 2013، وجد نفس الفريق من الباحثين أنه يمكن ربط اثنين من الفوتونات معا، لكنهم يريدون معرفة ما إذا كان بإمكانهم دمج المزيد من الفوتونات، وقال فلادان فوليتيك، الذي شارك في الدراسة إنّه "على سبيل المثال، يمكنك الجمع بين جزيئات الأكسجين لتشكيل O2 و O3 (الأوزون)، ولكن ليس O4، وبالنسبة لبعض الجزيئات لا يمكنك تشكيل حتى جزيء من ثلاثة جسيمات، لذلك كان السؤال مفتوحًا: هل يمكنك إضافة المزيد من الفوتونات إلى الجزيء للوصول لأشياء أكبر وأكبر؟"

ووضع العلماء سيناريو، بأن الفوتونات كانت قادرة على التفاعل، فأوضح معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "حيث أن الفوتون واحد يتحرك من خلال سحابة من ذرات الروبيديوم (عنصر كيميائي)، فإنها تهبط لفترة وجيزة على ذرة قريبة قبل التخطي إلى ذرة أخرى، مثل النحل بين الزهور، حتى تصل إلى الطرف الآخر، فعندما تقع الفوتون على ذرة، فإنها يمكن أن تشكل ذرة فوتونية هجين أو بولاريتون، وإذا تحرك اثنين من البولاريتون خلال سحابة، فإنهم يمكن أن يتفاعلوا ويخرجوا من السحابة وهما لا يزالا مرتبطين معا، وفي سيناريو طبيعي، سوف يخرج تيار من الفوتونات من سحابة واحدة، وتكون فوتونات متباعدة عشوائيا.

واكتشف العلماء أن هذه الظاهرة يمكن أن تحدث أيضا مع ثلاثة فوتونات، فوفقا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هذا التفاعل مع سحابة ذرة يحدث في مجرد مليون من الثانية، ويقول سيرجيو كانتو، المؤلف المشارك في الدراسة: "ما هو مذهل في هذا الأمر، عندما تذهب الفوتونات إلى الوسط، فأي شيء يحدث في الوسط،" يتذكرونه عندما يخرجون"، ولم يكتشفوا أن الفوتونات قد تتفاعل فحسب، بل وجدوا أيضا أن الفوتونات التي لا تحمل وزنا عادة ما تكتسب كتلة، وإن كانت جزءًا من كتلة الإلكترون، والآن وقد أظهرت الفوتونات أنها تتفاعل، فإنها يمكن أن تستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة، فمن الممكن أن يتمكن العلماء يوما ما من جعل الفوتونات تتفاعل بطريقة تجعلهم قادرين على ابتكار سيوف ضوئية حقيقية، أو شعاع ضوئي، وإذا ما تمكن العلماء من جعل الفوتونات تتفاعل بطرق أخرى، يمكن استخدامها لإجراء عمليات حسابية سريعة للغاية ومعقدة بشكل لا يصدق، كما أضاف معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وأظهر العلماء أن الفوتونات المتشابكة، ستخلق رابط قوي يمكن أن يجري بكفاءة المعلومات في أجهزة الكمبيوتر الكمية.