← أحدث الأبحاث
🔬 optics

Attosecond Control of Squeezed Light

تُظهر هذه الورقة البحثية إمكانية التحكم بمقياس الأتوتانية في توليد الضوء المعتصر داخل عازل كهربائي عبر تعديل استجابته غير الخطية من الدرجة الثالثة باستخدام مجالات فائقة السرعة وقوية، مما يتيح التبديل دون الدورة بين حالات الاعتصار السعوي والاعتصار الطوري والقياس المتزامن لارتباطات التربيع عبر أنماط ترددية متعددة.

المؤلفون الأصليون: Russell Zimmerman, Shashank Kumar, Shiva Kant Tiwari, Md Ehsanuzzaman, Eric Liu, Francis Walz, Siddhant Pandey, George J. Economou II, Hadiseh Alaeian, Chen-Ting Liao, Valentin Walther, Niranjan Shiva
نُشر 2026-08-27
📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Russell Zimmerman, Shashank Kumar, Shiva Kant Tiwari, Md Ehsanuzzaman, Eric Liu, Francis Walz, Siddhant Pandey, George J. Economou II, Hadiseh Alaeian, Chen-Ting Liao, Valentin Walther, Niranjan Shivaram

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

الضوء أكثر من مجرد شعاع يتيح لنا الرؤية؛ إنه تدفق من الجسيمات تسمى الفوتونات، والتي تحمل المعلومات في شكلها ذاته. في العالم الكمي، تُحد القياسات الأكثر دقة التي يمكننا إجراؤها بسبب "عشوائية" جوهرية متأصلة في الضوء نفسه، تُعرف باسم ضجيج الطلقة (shot noise). هذا الضجيج يشبه تشويشاً مستمراً وصغيراً يجعل من المستحيل قياس موقع أو توقيت موجة الضوء بدقة مثالية. وقد وجد العلماء منذ زمن طويل طريقة لتهدئة هذا التشويش عبر إنشاء نوع خاص من الضوء يسمى "الضوء المعتصر" (squeezed light). في هذه الحالة، لا يتم إزالة عدم اليقين، بل يتم تحويله: حيث ينخفض الضجيج في خاصية واحدة للضوء دون الحد الطبيعي، بينما يزداد الضجيج في خاصية أخرى للتعويض. وقد سمحت هذه التقنية بالفعل لأدوات مثل كاشف موجات الجاذبية "LIGO" بسماع التموجات الخافتة لتصادم الثقوب السوداء، وهي ضرورية لمستقبل الحوسبة الكمية.

ومع ذلك، لعدة عقود، كان إنشاء هذا الضوء الخاص عملية بطيئة ومستقرة، تعتمد عادةً على حزم مستمرة من ضوء الليزر التي تتدفق مثل نهر مستمر. وكان التحدي يكمن في التحكم في هذا الضوء في الأطر الزمنية فائقة السرعة حيث تحدث الأحداث الكمية فعلياً، والتي تُقاس بالفيمتو ثانية والآتو ثانية. الفيمتو ثانية هو جزء من كوادريليون من الثانية، والآتو ثانية أقصر من ذلك بكثير، وهو جزء من مليار من مليار من الثانية. وحتى الآن، كان توليد وتشكيل الضوء المعتصر بهذه السرعات أمراً صعباً، مما ترك فجوة بين سرعة العمليات الكمية والأدوات التي نستخدمها للتحكم فيها. وقد نجح باحثون من جامعة بوردو الآن في جسر هذه الفجوة، من خلال إظهار طريقة لتوليد والتحكم في الضوء المعتصر على مقاييس زمنية من رتبة الآتو ثانية، مما أدى فعلياً إلى تحويل الضجيج الكمي للضوء إلى قرص يمكن ضبطه بسرعة أكبر من أي وقت مضى.

حقق الفريق ذلك عن طريق إطلاق ثلاث نبضات قصيرة للغاية من ضوء الليزر في بلورة مصنوعة من أكسيد المغنيسيوم. هذه النبضات قوية جداً لدرجة أنها لا تمر عبر المادة فحسب، بل تغير البنية الداخلية للمادة بشكل مؤقت وجذري. فبينما يتفاعل المجال الكهربائي لنبضات الليزر مع الإلكترونات في البلورة، فإنه يعدل الطريقة التي تستجيب بها المادة للضو، وهي عملية تحدث في مقياس زمني من رتبة الآتو ثانية. ومن خلال ضبط توقيت النبضات الليزرية بعناية بمقدار أجزاء ضئيلة من الفيمتو ثانية، استطاع الباحثون تبديل نوع خفض الضجيج في الضوء المتولد. ووجدوا أنه من خلال إزاحة التوقيت بمقدار بضع مئات من الآتو ثانية فقط، استطاعوا قلب الضوء من امتلاك ضجيج منخفض في سطوعه (السعة) إلى امتلاك ضجيج منخفض في توقيته (الطور). يحدث هذا التبديل بسرعة كبيرة لدرجة أنه يحدث ضمن دورة واحدة من دورة موجة الضوء نفسها.

ولرؤية هذا التأثير، بنى العلماء نظام قياس متطور يعمل مثل كاميرا عالية السرعة لموجات الضوء. فقد دمجوا الضوء المعتصر مع شعاع مرجعي واستخدموا كاميرا خاصة لالتقاط خصائص الضوء عبر العديد من الألوان المختلفة في آن واحد. وقد سمح هذا بإعادة بناء صورة كاملة للحالة الكمية، مما أظهر بدقة كيف يتوزع الضجيج. وأكدت القياسات أن الضوء كان بالفعل "معتصراً"، حيث انخفضت مستويات الضجيج دون الحد الأساسي الذي يفرضه الليزر نفسه. وحسب الباحثون أن الاعتصار وصل إلى مستوى 1.6 ديسيبل تحت أرضية الضجيج القياسية. وبينما قد يبدو هذا الرقم صغيراً مقارنة بالمستويات القياسية التي حققتها التجارب الأبطأ والمستمرة، فإن الأهمية تكمن في السرعة والتحكم. لقد أثبت الفريق أن الخصائص الكمية للضوء يمكن التلاعب بها على مقياس زمني لذبذبة موجة الضوء نفسها، وهو إنجاز كان غير ممكن سابقاً.

كما كشفت الدراسة أن الضوء المتولد بهذه الطريقة منظم للغاية. فرغم أن نبضة الليزر تحتوي على طيف واسع من الألوان، إلا أن الارتباطات الكمية بين هذه الألوان المختلفة متزامنة بدقة. وقد رسم الباحثون خريطة لكيفية ارتباط الضجيج في لون واحد بالضجيج في لون آخر، ووجدوا أنها تتحرك معاً في انسجام تام. وهذا يشير إلى أن نبضة الضوء بأكملها تتصرف ككائن كمي واحد متماسك، رغم تولدها من خلال تفاعل فائق السرعة ومعقد. علاوة على ذلك، لاحظ الفريق أن الضوء كان "غاوسياً" (Gaussian) بشكل مثالي تقريباً، مما يعني أن سلوكه الإحصائي يتبع منحنى جرس قياسي، مع وجود جزء ضئيل فقط من السلوك غير القياسي. هذا الانحراف الصغير، الذي يبلغ حوالي عشرة بالمائة، يشير إلى الفيزياء المعقدة وغير الخطية التي تحدث عندما يكون مجال الليزر قوياً بما يكفي لإعادة تشكيل المشهد الإلكتروني للمادة في الوقت الفعلي.

يفتح هذا العمل مساراً جديداً للتحكم في الضوء الكمي. فمن خلال استخدام المجالات القوية لليزر فائق السرعة لتعديل استجابة المادة، ابتكر الباحثون طريقة لضبط الحالة الكمية للضوء بدقة "دون الدورة" (sub-cycle precision). ويمكن أن يكون هذا المستوى من التحكم حيوياً للتجارب المستقبلية حيث يُستخدم الضوء الكمي لدفع عمليات أخرى فائقة السرعة، مثل توليد نبضات ضوئية أقصر أو تأيين الذرات. إن القدرة على التبديل بين أنواع مختلفة من الضوء المعتصر على مقياس زمن الآتو ثانية توفر أداة جديدة للعلماء لاستكشاف العالم الكمي عند أقصى سرعة له. لقد أثبت الباحثون أن الضجيج الكمي للضوء ليس حاجزاً ثابتاً، بل هو ميزة ديناميكية يمكن تشكيلها والتحكم فيها، مما يقدم لمحة عن مستقبل تعمل فيه التقنيات الكمية عند الحافة القصوى للزمن.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف 🔬 physics.optics →