في تقدم كمي جديد، العلماء يتمكنون من مفاعلة فوتونين

بالنسبة للعديد من التطبيقات في تقنيّات الكمّ، التفاعل بين الفوتونات هو شرطٌ مُسبقٌ وحتميٌ: إبتداءًا من نَقل المعلومات خلال قنوات كمّومية مغلقة، وصولاً إلى بناء ترانسستورات ضوئية تُستخدم في الحوسبة الكمومّية. ورُبما حتى في التخاطر الكِمّي. يقول أرنو روسجينبوتل (Arno Rauschenbeutel)، من جامعة فيينا للتكنولوجيا  (The Vienna University of Technology): «من أجل الحصول على تفاعل ضوء مع ضوء، علينا إستخدام ما يُسمى بِالوسط اللاخطي». يؤثر الضوء على خصائص مُعينة لهذه المواد، والتي تؤثر بِدورهاُ على الضوء. مؤدياً إلى إقتران غير مُباشر بين الفوتونات. يَعمل هذا فقط في الضوء ذو الشدّة العالية الذي يتضمن عدد لا حصر لهُ من الفوتونات.

لذلك، تَناقَش ثلاثة باحثون من جامعة فيينا للتكنولوجيا حول بِناء نظام يولّد تفاعُلاً قوياً بين فوتونين. في الواقع، هُم ولّدوا هذا التفاعل القوي، قَلبَ طور الفوتونات 180 درجة. يوضح روسجينبوتل في بيان صحفي: «إنهُ مثل بندول يُفترض أن يتأرجح إلى اليسار ولكن نظراً لإقترانهِ ببندولٍ أخرٍ فهو يتأرجح إلى اليمين، لن يكون هُنالك تغيراً أكثر تطرفاً في تذبذب البندول»، ويقول: «لقد حققنا أقوى تفاعل ممكن بأصغر شدة مُمكنة من الضوء».

تم إرسال الفوتونات في رحلة خلال ألياف زُجاجية فائقة النحافة مُقترنة بجهاز رنان صغير جداً يشبه القنينة البصرية (في الصورة أعلاه). عندما يدخل الضوء إلى الجهاز الرنان سيتحرك بشكل دوائر. ثم يعود إلى الليف الزجاجي.  يَعكس هذا الإنعطاف خلال الجهاز الرنان طور الفوتونات: تظهر قمة الموجة حيثُ يتم عادةً توقع ظهور القعر. كما في الصورة هُنا، الضوء يَدور حول الليف الزجاجي ذو الشكل الشبيه بالقنينة والتي هي بِنصف سُمك شعرة الإنسان.

مع ذلك، عند إقتران ذرّة الروبيديوم (Rubidium) المفردة بالجهاز الرنان، نادراً ما يدخل أي ضوء إلى الجهاز الرنان بعد الآن، ولا يتغير طور تذبذب الفوتون. ولأن الذرّة هي ماصة ويمكن أن تكون مُشبعة، فعند وصول فوتونين في الوقت نفسهُ، يُمتص أحدها من قبل الذرّة لفترة قصيرة، ثُم يُطلق سراحهُ مرة أخرى إلى المرنان. ولكن في هذه الأثناء، لا تستطيع الذرّة إمتصاص أي فوتونات أخرى.

يفسر روسجينبوتل: «لا يُمكن إمتصاص إلا فوتوناً واحداً، في حين الأخر يمكن أن يكون لايزال بنفس فرق الطور». الفوتونان المُتفاعلان أنياً يُظهران في نهاية المطاف سلوكاً مختلفاً تماماً عن الفوتونات المفردة.

ويُضيف، النتيجة هي «حالة تشابك قصوى للفوتونات». هذا ضروري في كل مجال في بصريات الكم. فائدة أخرى هي أن التقنية تستخدم الألياف الزجاجية والتي يجري إستخدامها فعلياً في الإتصال البصري على أيه حال.

المصدر: هنا