جهاز رنين صوتي يمهد الطريق إلى نظام اتصالات أفضل

طور باحثون من جامعة ييل في الولايات المتحدة نسخة عالية التردد من جهاز يُعرَف بـالمرنان الصوتي (جهاز أو دائرة كهربية تنتج الرنين ويتذبذب طبيعيًا على بعض الترددات) والتي بإمكانها أن تطور مجال الحوسبة الكمومية ومعالجة المعلومات.

وقام الأستاذ الجامعي في قسم الهندسة الكهربائية والفيزياء في هذه الجامعة (هونغ تانغ-Hong Tang) مع فريق بحثه بهذا الإنجاز بواسطة ما يُسمى بجهاز بيزوميكانيكي بصري والذي حقق اقترانًا قويًا بين نظامين وهما تجويف أمواج ميكروية فائقة التوصيل وجملة نظام مرنان صوتي. وظهرت النتائج في صحيفة Physical Review Letters.

يظهر في الصورة مخطط للجهاز البيزوكهروميكانيكي. المرنان فائق التوصيل (باللون الأصفر) مصنوع بغشاء نتريدات خليط من مادتي التيتانيوم والنيوبيوم على ركيزة (قاعدة) من الياقوت ومقلوب ومعلّق بأعلى مرنان صوتي مؤلف من طبقة رقيقة من نتريدات الألمنيوم (باللون الأخضر) موضوعة على قاعدة سميكة من السيليكون

مع هذا الاقتران القوي، يؤمّن الجهاز تبادل الطاقة والمعلومات بين الأمواج الميكروية ونظام المرنان الميكانيكي بطريقة تتغلب على تبديد (أو تقليل) طاقة كلٍّ من النظامين، وبهذه الطريقة لا تضيع المعلومات.

ولاحظ طالب الدكتوراه في مختبر تانغ والمؤلف الرئيسي للدراسة (شو هان-Xu Han) أن الميزة الفريدة لهذا النظام هي أنه يعمل على تردد عالٍ جدًا قيمته 10 جيغا هيرتز، وتكمن قوة لنظام تردد عالٍ كهذا هي في مقدرتها على معالجة الإشارات بسرعة كبيرة.

وقال: «يمكننا، مثلا، نقل نفس الكمية من المعلومات أو إرسال رسالة ما بوقت أقصر».

هناك ميزة أخرى للتردد العالي وهي أنه يجعل من السهل ملاحظة الظواهر الكمومية في التجارب في الأجهزة ذات التردد الأقل بحيث يتوجب تبريد النظام إلى درجات حرارة جد منخفضة ليستطيع التغلب على الضجيج الحراري والذي مصدره الاهتزازات العشوائية للبيئة التي تشوّش الإشارة.

إن إحدى التطبيقات الممكنة لهذا النظام هي تخزين المعلومات، وقال هان: «إذا كنت تملك اقترانًا وتبادلًأ جيدًا بين الأنظمة فإنه يمكنك تخزين المعلومات ابتداءً من مجال الأمواج الميكروية إلى المجال الميكانيكي».

على الرغم من أن التجارب لم تتم في ظروف كمومية، لاحظ الباحثون أن الجهاز البيزوكهروميكانيكي عالي التردد متوافق مع البتات الكمومية (qubits) فائقة التوصيل.

(والبت الكمومي هو واحدة المعلومات في الحوسبة الكمومية كما هو الحال بالنسبة للبت الرقمي في الحوسبة التقليدية).

وكما قال الباحثون فإن هذا الإنجاز قد يمثل خطوة مهمة تجاه الأنظمة الكمومية الهجينة والتي هي صلة الوصل بين الميكانيكا التقليدية وميكانيكا الكمّ.

قال هان أنه يعمل حاليًا باستخدام التقنيات الحديثة المتوفرة على تطوير جهاز يستخدم نظامًا ميكانيكيًا ليحول المعلومات من نطاق الأمواج الميكروية إلى النطاق البصري.

وأضاف: «إذا أردت أن تنقل إشارة معلومات يجب أن تستخدم الألياف البصرية (الضوئية) لأن نسبة ضياعها صغيرة جدًا على المسافات البعيدة».

ترجمة: سارة عمّار
تدقيق: بدر الفراك
المصدر