توصل باحثون في الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية إلى طريقة جديدة لدمج حزم صغيرة من الألماس مع دوائر ضوئية مصنوعة من ثاني أكسيد التيتانيوم، في خطوة قد تساعد على تطوير رقائق كمّية ضوئية أكثر كفاءة، وتمهّد الطريق أمام شبكات اتصالات كمّية أكثر قوة وقابلية للتوسع.
ويواجه تطوير الشبكات الكمّية تحدياً يتعلق بالمواد المستخدمة، إذ يستطيع الألماس احتضان مصادر كمّية صغيرة تولد إشارات ضوئية، بينما توفر مواد أخرى خصائص أفضل لبناء الدوائر الضوئية التي تنقل هذه الإشارات. وقد يؤدي الجمع بين المواد المختلفة إلى فقدان جزء من الضوء أثناء انتقاله بين المكونات.
وفي الدراسة المنشورة في دورية «لايت: ساينس آند أبليكيشنز»، استخدم الباحثون أسلوب تصنيع يسمح لحزمة الألماس بالاستقرار تلقائياً في موقعها داخل بنية معدة مسبقاً، قبل تشكيل الدائرة الضوئية المحيطة بها من ثاني أكسيد التيتانيوم. ويساعد هذا التصميم على تقليل أخطاء المحاذاة التي تتسبب عادةً في فقدان الضوء.
واعتمد الفريق على مركز شغور السيليكون داخل الألماس، وهو عيب مجهري في بنيته الذرية يمكن أن يعمل كمصدر للضوء الكمّي. ومن خلال حصر الضوء حول هذا المصدر داخل تجويف بصري هجين، تمكن الباحثون من تعزيز انبعاثه وتوجيه الضوء الناتج عبر الدائرة المدمجة على الرقاقة.
كما أظهرت التجربة إمكانية التحكم في اللفّ المغزلي للمصدر الكمّي وقراءة حالته، وهي خاصية يمكن استخدامها لتخزين المعلومات الكمّية ومعالجتها.
ويرى الباحثون أن الجمع بين تعزيز انبعاث الضوء والتحكم في اللفّ المغزلي وتوجيه الفوتونات على شريحة واحدة يمثل مساراً عملياً نحو تطوير رقائق ضوئية كمّية قابلة للتوسع.
وقد تتيح المنصة مستقبلاً تصميم دوائر أكبر قادرة على جمع الضوء بكفاءة عبر نطاقات واسعة من الأطوال الموجية، فضلاً عن تطوير المكررات الكمّية التي تساعد على توسيع نطاق شبكات الاتصالات الكمّية. ويشير الباحثون إلى أن تقنية التجميع قد تكون قابلة للتطبيق أيضاً على مصادر كمّية ومواد ضوئية أخرى، وليس فقط الألماس وثاني أكسيد التيتانيوم.
