16 اسفند 1403 ساعت 21:25
دانشمندان چینی موفق به ذخیره سازی نور به مدت یک ساعت شده‌اند! آیا این دستاورد می‌تواند انقلابی در فناوری کوانتومی ایجاد کند؟
آیا تا به حال فکر کرده‌اید که می‌توان نور را حبس کرد؟ دانشمندان چینی این کار را انجام داده‌اند و به مدت یک ساعت نور را در یک فیلم نازک نگه داشته‌اند. اما چرا این دستاورد اهمیت دارد؟ در این مقاله با زبانی روان و جذاب به بررسی این پیشرفت علمی شگفت‌انگیز و تاثیرات آن بر آینده فناوری‌های کوانتومی می‌پردازیم.
در یک دستاورد علمی بی‌نظیر محققان آکادمی علوم کوانتومی پکن (BAQIS) موفق شده‌اند رکورد جهانی ذخیره سازی نور را بشکنند. آن‌ها توانسته‌اند اطلاعات مبتنی بر نور را به مدت ۴۰۳۵ ثانیه، یعنی بیش از یک ساعت ذخیره کنند. این موفقیت نه تنها یک رکورد جهانی است، بلکه گامی بزرگ در جهت بهره‌برداری از قدرت مکانیک کوانتومی به شمار می‌رود. اما چگونه این کار ممکن شده و چرا این موضوع تا این حد مهم است؟
ذخیره سازی نور
ذخیره‌سازی نور همیشه یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علمی بوده است. فوتون‌ها که ذرات بنیادی نور هستند با سرعت باورنکردنی حرکت می‌کنند و به دام انداختن آن‌ها کار آسانی نیست. در واقع با فناوری فعلی ذخیره‌سازی مستقیم فوتون‌ها تقریبا غیرممکن است. این محدودیت دانشمندان را وادار کرده تا به دنبال راه‌حل‌های خلاقانه‌ای برای غلبه بر این مشکل باشند.
محققان BAQIS با یک ایده نوآورانه این چالش را پشت سر گذاشتند: تبدیل سیگنال‌های نوری به سیگنال‌های صوتی. سیگنال‌های صوتی سرعت کمتری دارند و به همین دلیل دستکاری و ذخیره‌سازی آن‌ها بسیار ساده‌تر است. لیو یولونگ، یکی از محققان این پروژه توضیح می‌دهد:
فوتون‌ها را مانند توپ‌های کوچکی تصور کنید که با سرعت بالا حرکت می‌کنند. وقتی این فوتون‌ها به یک فیلم نازک برخورد می‌کنند، اطلاعات نور مثل دامنه و فرکانس به سیگنال‌های صوتی تبدیل می‌شوند. با ذخیره این سیگنال‌ها در فیلم ما عملا نور را ذخیره می‌کنیم.
سیلیکون کاربید تک کریستالی
راز این موفقیت در استفاده از فیلم سیلیکون کاربید تک کریستالی نهفته است. این ماده می‌تواند اطلاعات نوری را در ساختار خود به دام بیندازد. سیلیکون کاربید به دلیل رسانایی حرارتی بالا و پایداری فرکانسی استثنایی، گزینه‌ای ایده‌آل برای توسعه نوسان‌گرهای مکانیکی با کیفیت بالا محسوب می‌شود. این ویژگی‌ها باعث شده که این ماده بتواند نور را برای مدت زمانی بی‌سابقه ذخیره کند.
در روش‌های قدیمی‌تر از موادی مثل آلومینیوم فلزی و نیترید سیلیکون استفاده می‌شد. اما این مواد به دلیل اتلاف‌های داخلی تنها می‌توانستند ارتعاشات را برای کسری از ثانیه حفظ کنند و مدت زمان ذخیره سازی نور را به شدت محدود می‌کردند. در مقابل سیلیکون کاربید تک کریستالی با اتلاف‌های داخلی ناچیز و پایداری فوق‌العاده این محدودیت‌ها را از بین برده و امکان ذخیره‌سازی نور به مدت یک ساعت را فراهم کرده است.
یکی دیگر از ویژگی‌های برجسته این ماده، عملکرد عالی آن در دماهای بسیار پایین است. رسانایی حرارتی بالای سیلیکون کاربید باعث می‌شود که رزوناتورهای مکانیکی در دماهای نزدیک به میلی‌کلوین به خوبی حرارت‌زدایی شوند. این موضوع منجر به پایداری فرکانسی بی‌نظیر و کاهش چشمگیر افت اطلاعات می‌شود؛ چیزی که در فناوری‌های کوانتومی بسیار حیاتی است.
کاربردها در محاسبات کوانتومی
این دستاورد می‌تواند انقلابی در محاسبات کوانتومی ایجاد کند. توانایی ذخیره سازی نور برای مدت طولانی راه را برای ساخت کامپیوتر کوانتومی قدرتمندتر و کارآمدتر هموار می‌کند. برخلاف کامپیوترهای کلاسیک کامپیوترهای کوانتومی از اصول مکانیک کوانتومی برای انجام محاسبات پیچیده با سرعت‌های بی‌سابقه استفاده می‌کنند. ذخیره‌سازی طولانی‌مدت نور می‌تواند به حفظ انسجام کوانتومی و مدیریت بهتر گرمای تولیدشده در این سیستم‌ها کمک کند.
محققان اکنون روی بهبود این فناوری تمرکز کرده‌اند. آن‌ها قصد دارند مدت زمان ذخیره‌سازی را افزایش دهند، چگالی اطلاعات را بیشتر کنند و سازگاری این روش را با سایر فناوری‌های کوانتومی بهبود ببخشند. همان‌طور که در این مطالعه آمده:
در پردازش اطلاعات کوانتومی، کنترل و دفع گرمای تولیدشده توسط دستگاه‌های کوانتومی برای حفظ انسجام کوانتومی بسیار مهم است.
دستاورد جدید دانشمندان چینی در ذخیره سازی نور به مدت یک ساعت نه تنها یک رکورد جهانی شگفت‌انگیز است، بلکه دریچه‌ای به سوی آینده فناوری‌های کوانتومی پیشرفته باز می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند به توسعه کامپیوترهای کوانتومی قدرتمندتر منجر شود و افق‌های جدیدی را در پردازش اطلاعات پیش روی ما قرار دهد. با ادامه این تحقیقات شاید روزی شاهد استفاده از این فناوری در زندگی روزمره باشیم. شما چطور فکر می‌کنید؟ آیا نور زندانی‌شده کلید آینده تکنولوژی است؟
