الفيزيائيون يحلون التحدي الرئيسي في التزامن الكمي

تُظهر دراسة نظرية كيف يمكن تحقيق التزامن الكمي غير المتبادل في أنظمة العالم الحقيقي.

اقترح ثلاثة فيزيائيين نظريين في معهد RIKEN طريقة جديدة لتحقيق التزامن الكمي أحادي الاتجاه في الفونونات. تم تصميم هذه الطريقة لتظل مستقرة حتى عندما تؤدي عوائق العالم الحقيقي، بما في ذلك عيوب التصنيع والضوضاء البيئية، إلى تعطيل التأثيرات الكمومية الدقيقة.

تعتمد العديد من التقنيات على مكونات تعمل مثل المسارات ذات الاتجاه الواحد، مما يسمح للجزيئات أو الإشارات بالتحرك بسهولة في اتجاه واحد مع تقييد الحركة بشدة في الاتجاه المعاكس. هذه المكونات غير المتبادلة مهمة بالفعل في الموجات الدقيقة والأنظمة البصرية، حيث تساعد في توجيه الإشارات وتقليل الانعكاسات غير المرغوب فيها.

يقول فرانكو نوري من مركز RIKEN للحوسبة الكمومية (RQC): “تمكن المكونات غير المتبادلة الإشارات من الانتقال عبر المسارات المرغوبة، في حين يتم توهينها بقوة في الاتجاه المعاكس”. “تجد هذه القدرة تطبيقات تتراوح بين معالجة الإشارات والإخفاء غير المرئي.”

يصل السلوك أحادي الاتجاه إلى الأنظمة الكمومية

الهدف الرئيسي للفيزيائيين هو إنشاء تزامن كمي غير متبادل في المختبر. في هذا التأثير، يتزامن نظامان كميان في اتجاه واحد، لكن نفس السلوك المتزامن لا يحدث في الاتجاه المعاكس.

وكان تحويل هذه الفكرة إلى نظام عملي أمرًا صعبًا. واجهت الأساليب المقترحة سابقًا العديد من القيود التي قد تجعل من الصعب استخدامها في ظل ظروف تجريبية حقيقية.

يقول آدم ميرانوفيتش، من RQC أيضًا: “تواجه التقنيات الكمومية العملية تحديات خطيرة ناجمة عن عيوب التصنيع العشوائية والضوضاء البيئية”. “هذه العوامل تقمع بشدة – أو حتى تدمر بالكامل – الموارد الكمومية في الأساليب التقليدية.”

طريق أكثر ثباتًا للمزامنة

في دراسة نظرية، اقترح نوري وميرانوفيتش ودنغ جاو لاي طريقة لإنتاج تزامن كمي غير متبادل في الفونونات، وهي الجسيمات المرتبطة بالصوت والتي تحمل الاهتزازات. وقد تم تصميم نهجهم لتجنب نقاط الضعف العملية التي أثرت على المخططات السابقة.

يقول نوري: “يضع هذا التطور أساسًا جديدًا لتوليد موارد كمومية هشة إلى قوية وغير متبادلة، مع قابلية التطبيق العملي في المستقبل”.

تجمع الطريقة المقترحة بين تأثيرين كميين منفصلين يعملان معًا. فهو يتسبب في مزامنة الفونونات عندما يتم تطبيق الضوء أو المجال المغناطيسي من اتجاه واحد، ولكنه يمنع نفس التزامن عندما يأتي المدخلات من الاتجاه المعاكس.

لقد فاجأت قوة التأثير الفيزيائيين الثلاثة. يقول لاي: “لقد شعرنا بسعادة غامرة عندما اكتشفنا أن التزامن الكمي يستمر حتى في ظل وجود عيوب كبيرة وضوضاء”. “في السابق، كان يُعتقد أن هذا مستحيل دون استخدام خطط حماية معقدة.”

نحو أجهزة كمومية أكثر ثباتًا

يقول نوري وميرانوفيتش ولاي إن هذا العمل يمكن أن يساعد في إنشاء تقنيات كمومية أكثر عملية ويخططون لمواصلة تطوير الفكرة.

يعلق لاي قائلاً: “من خلال تمكين التزامن الكمي القوي غير المتبادل، يمهد بحثنا الطريق لتحقيق معالجات كمومية أكثر موثوقية وموارد كمومية محمية”. “نحن نخطط الآن لاستكشاف التطبيقات في الشبكات الكمومية ومعالجة المعلومات الكمومية المقاومة للأخطاء.”

المرجع: “التزامن الكمي غير المتبادل” بقلم دينج جاو لاي وآدم ميرانوفيتش وفرانكو نوري، 26 سبتمبر 2025، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-025-63408-z

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.