ملخصات الأبحاث

مصدر طوبولوجي للضوء الكمّي

.S. Mittal et al

  • Published online:

يتَّسم الضوء الكمّي بتوزيعات إحصائية مميزة، لا تكون ممكنة إلا نتيجة للتأثيرات الميكانيكية الكمّية. فمثلًا، تتسم الفوتونات المفردة والأزواج الفوتونية المترابطة بتوزيعات لعدد الفوتون بتباين أقل من الحدود المسموحة كلاسيكيًا. ويتيح ذلك النقل عالي الدقة للمعلومات الكمّية والاستشعار بضوضاء أقل مما هو متاح باستخدام مصادر الضوء الكلاسيكية.

تعتمد معظم مصادر الضوء الكمّي على عمليات بارامترية عفويّة، مثل التحوّل الخافض للطاقة والمزج رباعي الموجات. تحدث هذه العمليات عبر تذبذبات المجال الكهرومغناطيسي في الفراغ. لذلك، يمكن التحكم في طيف الفوتونات المتولدة، عن طريق معالجة بنية النمط الكهرومغناطيسي، على سبيل المثال، باستخدام نظم فوتونية نانوية بتشتت مصمَّم. ورغم ذلك، يتسبب اضطراب النظام، الشائع في مجال التصنيع الفوتوني النانوي، في تفاوتات طيفية من جهاز لآخر.

في البحث المنشور، توصّل الباحثون إلى أنماط كهرومغناطيسية متينة طوبولوجيًّا، واستخدموا تذبذباتها الفراغية لخلق مصدر للضوء الكمّي، يكون فيه تأثر طيف الفوتونات المتولّدة باضطراب النظام الناتج عن التصنيع أقل بكثير. تحديدًا، استخدم الباحثون حالات الحافة الطوبولوجية المتحققة في مصفوفة ثنائية الأبعاد من الرنانات الحلقية، لتوليد أزواج فوتونية مترابطة من خلال المزج العفوي رباعي الموجات، ووضَّحوا أنها تتفوق على نظائرها البسيطة طوبولوجيًا أحادية البعد من حيث المتانة الطيفية.

ويستعرض الباحثون الطبيعة غير الكلاسيكية للضوء المتولّد، والوصول لمصدر متين للفوتونات المفردة المبشَّرة، عن طريق قياس عملية فكّ التجميع المشروطة للفوتونات: ما يعني ترابطًا أقل بين الفوتونات – ومن ثمَّ شعاع من الفوتونات بتباعدات أكثر تساويًا – مقارنةً بالمصادر الحرارية أو حتى الليزرية. وقد تُمهِّد هذه التأثيرات الطوبولوجية - التي تنفرد بها الأنظمة البوزونية - الطريق لتطوير أجهزة فوتونية كمّية متينة.