إن بناء دائرة حول شعاع ماسي صغير يوفر طريقة للاحتفاظ بالمزيد من الضوء الذي يمكن أن تستخدمه أجهزة الكمبيوتر والشبكات الكمومية المستقبلية.
غالبًا ما يرتبط بناء شبكة كمومية بمشكلة مواد مستعصية. يمكن للألماس أن يستضيف بواعث كمية، وهي أنظمة صغيرة تنتج إشارات ضوئية، في حين أن المواد الأخرى أكثر ملاءمة لبناء الدوائر الضوئية اللازمة لحملها. قد يعني الانضمام إلى هذه المواد فقدان الضوء عند الاتصال المقصود منه تمريرها.
قام باحثون في الولايات المتحدة وجمهورية كوريا بربط الماس مع الدوائر الضوئية لثاني أكسيد التيتانيوم باستخدام طريقة تصنيع تساعد المكونات على محاذاة نفسها. دراستهم نشرت في الضوء: العلوم والتطبيقاتيوضح كيف يمكن لهذا الاتصال أن يحافظ على انخفاض فقدان الضوء مع السماح للرقاقة بالتفاعل مع باعث الماس وتوجيه ضوءه عبر الدائرة.
قال كينفونج نجان، المؤلف الأول للدراسة وطالب دراسات عليا في JILA وجامعة كولورادو بولدر: “أردنا طريقة عملية للجمع بين بواعث الكم عالية الجودة والضوئيات المتكاملة دون دفع ثمن كبير في الخسارة البصرية”.
ضوء وتدور على شريحة واحدة
قام الباحثون بتوجيه شعاع صغير من الماس إلى هيكل تم تصميمه مسبقًا، حيث استقر بشكل طبيعي في المحاذاة. ثم قاموا بتشكيل الجهاز الضوئي لثاني أكسيد التيتانيوم المحيط به. إن بناء المحاذاة في التصنيع يتجنب العديد من أخطاء تحديد الموقع التي تسببت في فقدان إضافي للضوء في المحاولات السابقة لتوصيل بواعث الكم بالدوائر الضوئية. ومع ضم المواد، زود الماس الضوء، ووفرت دائرة ثاني أكسيد التيتانيوم طريقًا له للانتقال عبر الشريحة. كان مصدر الضوء عبارة عن مركز خالي من السيليكون، وهو عيب صغير في البنية الذرية للألماس. ومن خلال حصر الضوء حول هذا الباعث في تجويف بصري هجين، عزز الفريق انبعاثه. لقد أثبتوا أيضًا أنه يمكن توجيه الضوء الصادر من الباعث عبر الدائرة. كما سمحت الرقاقة للباحثين بضبط دوران الباعث على حالة أولية وقراءة تلك الحالة، مما يتيح لهم الوصول إلى خاصية كمومية يمكنها حمل المعلومات.
قال دونجيون دانييل كانج Dongyeon Daniel Kang ، مؤلف الدراسة وعالم أبحاث كبير في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا: “من خلال إظهار الانبعاث المعزز والتحكم في الدوران على الرقاقة وتوجيه الفوتون الفعال في نفس المنصة، يشير هذا العمل إلى مسار واقعي نحو رقائق فوتونية كمومية قابلة للتطوير”.
بناء الدائرة حول الماس
يمكن للمنصة استيعاب تصميمات أكثر تقدمًا لجمع الضوء بكفاءة عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية. قد يسمح هذا التوافق للباحثين ببناء دوائر أكبر بوظائف أكثر باستخدام نفس الأسلوب لتوصيل المواد.
قال شو صن، المؤلف المقابل وزميل JILA والأستاذ المساعد في جامعة كولورادو بولدر: “من خلال التغلب على عنق الزجاجة الرئيسي في التكامل، يفتح هذا العمل فرصًا مثيرة للمعالجات الكمومية الضوئية واسعة النطاق والمكررات الكمومية”. أجهزة إعادة الإرسال الكمومية هي أجهزة تهدف إلى توسيع نطاق شبكات الاتصالات الكمومية.
يقول المؤلفون أيضًا إن طريقة التجميع يمكن أن تعمل مع بواعث كمية ومواد ضوئية غير الماس وثاني أكسيد التيتانيوم، مما يوسع النهج ليشمل مجموعات أخرى من مصادر الضوء والدوائر.
المرجع: “التكامل الفوتوني الكمي غير المتجانس ذاتيًا” بقلم كينفونج نجان، ويون تشوي، وتشون تشيه تشانج، ودونجيون دانييل كانج، وشو صن، 15 يوليو 2026، الضوء: العلوم والتطبيقات.
DOI: 10.1038/s41377-026-02339-w
التمويل: المؤسسة الوطنية للعلوم، البرنامج المؤسسي KIST ، مؤسسة البحوث الوطنية الكورية، معهد تخطيط وتقييم تكنولوجيا المعلومات والاتصالات
