توسط پسح بنسون • ۷ آوریل ۲۰۲۵
اورشلیم، ۷ آوریل ۲۰۲۵ (TPS-IL) — در پیشرفتی چشمگیر در زمینه مکانیک کوانتومی و اپتیک فوق سریع، دانشمندان اسرائیلی تکنیک جدیدی را رونمایی کردند که میتواند فناوریهای محاسباتی و ارتباطی پرسرعت را متحول کند.
این تحقیق نشان میدهد که چگونه یک پالس لیزر قوی میتواند تغییراتی را در خواص بنیادی یک ماده در مقیاس اتوثانیه ایجاد کند – واحد زمانی آنقدر کوتاه که نور در آن مدت تنها عرض یک اتم هیدروژن را طی میکند.
پروفسور نریت دودویچ، از دپارتمان فیزیک سیستمهای پیچیده مؤسسه وایزمن، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «هنگامی که بدانیم چگونه «سفر» الکترونهای منفرد را بین سطوح انرژی در یک ماده ردیابی کنیم، میتوانیم از نور و دانشی که درباره اثرات آن به دست آوردهایم، برای تغییر عمدی و دقیق خواص ماده در عرض صدها یا دهها اتوثانیه استفاده کنیم.»
وی توضیح داد: «بر اساس این توانایی، میتوان سریعترین پردازندههای قابل تولید را توسعه داد که نرخ انتقال یا پردازش اطلاعات را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.»
این مطالعه که در مجله معتبر Nature Photonics منتشر شده است، بر کشف انقلابی مبنی بر اینکه پالسهای لیزر شدید میتوانند به سرعت رفتار ماده را تغییر دهند، از رسانا به عایق تبدیل کنند یا شفافیت آن را تغییر دهند، تمرکز دارد. در حالی که چنین تحولاتی قبلاً از نظر تئوری درک شده بود، ثبت آنها در زمان واقعی به دلیل مقیاسهای زمانی فوقالعادهای که درگیر بود، چالش بزرگی محسوب میشد.
برای غلبه بر این مانع، تیم دودویچ تکنیک جدیدی مبتنی بر دو لیزر توسعه داد. دانشجویان فارغالتحصیل، عمر کنلر، چن مور و نوا یافه، نقش کلیدی در طراحی این روش ایفا کردند که از دو پرتو لیزر با زمانبندی دقیق استفاده میکند. پرتو اول که شامل پالسهای نسبتاً طولانی بود، با ماده تعامل داشت تا تغییر مورد نظر را ایجاد کند. همزمان، پرتو دوم با پالسهای فوق کوتاه اتوثانیه مانند یک دوربین با سرعت بالا عمل میکند و تأخیر را هنگام عبور نور از ماده تغییر یافته ثبت میکند. با ترکیب دادههای این پرتوها و تجزیه و تحلیل الگوی تداخل حاصل، تیم توانست تغییرات ماده را با دقتی بیسابقه بازسازی کند.
دودویچ توضیح داد: «این روش شبیه یک اپلیکیشن مسیریابی برای الکترونها است. همانطور که اپلیکیشنهایی مانند Waze زمان سفر را تخمین میزنند، روش ما با تجزیه و تحلیل میزان تأخیر نور، «برنامه سفر» الکترون را در ماده بازسازی میکند. از این طریق، ما میآموزیم که سطوح انرژی ماده چگونه به نور پاسخ دادهاند.»
توانایی ردیابی سفر الکترون در یک ماده و مشاهده چگونگی تغییر سطوح انرژی ماده، امکانات جدید گستردهای را در زمینه مکانیک کوانتومی فراهم میکند. تیم دودویچ نشان داد که پالسهای لیزر شدید میتوانند این سطوح انرژی را در زمان واقعی تقسیم، ادغام یا بازآرایی کنند. این پیشرفت صرفاً یک مشاهده نیست – بلکه ابزاری برای کنترل دقیق حالت فیزیکی ماده با سرعت کوانتومی فراهم میکند.
پیامدهای این تحقیق فراتر از آزمایشگاه است. توانایی دستکاری و نظارت بر تغییرات فوق سریع در خواص مواد، کاربردهای عمیقی در توسعه نسل بعدی پردازندهها و فناوریهای ارتباطی دارد. دودویچ تأکید کرد: «این اکتشافات میتواند منجر به توسعه پردازندههای سریعی شود که نرخ انتقال یا پردازش اطلاعات را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.»
این پیشرفت میتواند به طور بالقوه منجر به ایجاد پردازندههایی شود که با سرعتی بسیار فراتر از قابلیتهای فناوری فعلی عمل میکنند. با استفاده از نور به جای الکتریسیون برای دستکاری حالتهای کوانتومی مواد، این پردازندهها میتوانند دادهها را با سرعت نوری یا حتی اتوثانیه پردازش کنند و قدرت محاسباتی و بهرهوری انرژی را به شدت افزایش دهند.
علاوه بر محاسبات، این تکنیک جدید نویدبخش ارتباطات پرسرعت و توسعه دستگاههای کوانتومی است. توانایی دستکاری ضریب شکست مواد در چنین مقیاسهای دقیقی میتواند منجر به ایجاد سوئیچها و مدولاتورهای نوری شود که بسیار فراتر از قابلیتهای فناوری فیبر نوری فعلی است.
