الفوتون الواحد قد يثير ذرتين في نفس الوقت
بمشاركة هذا الضوء الساطع، يمكن لذرة واحدة أو ذرتين في هذه الفجوة البصرية أن تمتص فوتونًا وحيدًا، بالتطابق مع النظرية، حيث أن الفجوة تسمح بالأمواج الضوئية ذات التردد الوحيد (الوهج الأحمر)، الذي يستطيع أن يكون محصور بفوتون واحد.
ابتكر فريق صغير من الباحثين الذين ينتمون إلى المؤسسات في إيطاليا واليابان والولايات المتحدة المحاكاة التي تقترح إمكانية فوتون واحد أن يثير ذرتين في نفس الوقت.
يصف الفريق في أوراقه التي نشرت في صحيفة Physical Review Letter، العملية التي تقود إلى محاكاتهم: ماذا تظهر؟ ولماذا يعتقدون أن لنتائجهم تطبيقات في عدد من الحواسيب؟!
اكتشف العلماء على مدى سنوات أنه من الممكن الحصول على ذرّة واحدة تمتص فوتونين؛ مسبّبة لفوتونين انتقالًا إلى مستوى طاقة أعلى.
خضعت العملية التي واكبها العلماء للمراقبة عدّة مرات، وتستخدم الآن في المجهر وفي منظار تحليل الطيف، إنها تعكس وتنتزع الفوتونين من الذرّة الواحدة، كما أنها تستخدم أيضًا كوسائل لإنتاج الفوتونات المتشابكة entangled photons. في هذه المحاولة الجديدة، أراد الباحثون معرفة ما إذا كان المثل سيعطي السبب الحقيقي وراء امتصاص فوتون وحيد من قبل ذرتين مختلفتين، حيث أن النظرية قد افترضت مسبقاُ أن هذا الاحتمال ممكن.
لاكتشاف ما حصل، قام الفريق بابتكار طريقة محاكاة عن طريق ذرّتين وضعتا بمكان مليء بالمرايا داخل غرفة، ومن ثم خلق فجوة بصرية افتراضية. استنتج العلماء أن حجم الفجوة يجب أن يتناسب مع تردد وطول موجة الفوتون الذي سيقدّم من قبل الذرّة (مثال: يجب أن تكون ضعف الفوتون)، ثم بعد ذلك قدّموا الفوتون ووجدوه في ظرف، كلا الذرتين كانتا قادرتان على امتصاص الفوتون -كل انتزاع يأخذ النصف من طاقتها – والانتقال إلى مستوى طاقة أعلى. وبسبب أن العملية يمكن أن تكون عكسية، أنتجت الذرتان معًا فوتونًا وحيدًا، أيقن الفريق أنه من الممكن استخدام هذه الظاهرة في النّظام الكمي، إحدى الذرتين ستعمل بشكل نظري مثل بتة كمومية تحمل المعلومات لتعطي معلوماتها، ستنقل البتة الكمومية المعلومات إلى الفجوة في المكان الذي توجد به الذرة الثانية التي يمكن أن تستخدم في عملية التحكم بالنقل.
وجد الباحثون أن المحاكاة عملت بثلاث ذرات وفوتون واحد! بالإضافة إلى أن الطاقة من الفوتون كانت مقسمة بالتساوي بين الذرّات.
ملخص البحث:
نعتبر أن الذرتين المنفصلتين تتفاعلان مع نمط وحيد البصر أو مع الميكروويف الرنان. عندما يكون مجال التردد الرنان ضعف تردد النقل الذرّي، نفرض أنه يوجد سبب ازدواجي بين فوتون واحد وذرتين، من خلال وسيط افتراضي دولي متصل بعدّاد إدارة العمليات. إذا كان الرّنّان محضر بحالة فوتون واحد، يمكن أن يكون الفوتون ممتصًا من قبل الذرتين معًا في حالتهما المستقرّة التي كلاهما ستصل إلى الحالة المثارة باحتمال قريب إلى كل منهما.
و نجد أن مثل كمية Rabiالعادية المتذبذبة، العملية متماسكة ومعكوسة، لذا الذرتان سوية سوف تخضعان للانتقال نزولًا وتبعثان فجوة فوتون واحد. يمكن لهذا الامتصاص المشترك وعملية الانبعاث تستطيع يحدثا أيضًا مع ثلاث ذرات.
تستخدم هذه البارامترات للتحقق في أداء سير هذه العملية للتراسل بشكل تجريبي التي تظهر القيم بنظام كهروديناميكي كمّي مدوّر.
إعداد: ناجية الأحمد
تدقيق: يسر شيشكلي
المصدر
