تقنية رقيقة للتحكم في الليزر تُمكّن من توجيه ملايين الأشعة الضوئية بسرعة ودقة

هل تتخيل أن جهاز صغير بحجم بوصة يمكن أن يسيطر على ملايين من أشعة الليزر في الثانية الواحدة؟ هذا هو التقدم الجديد الذي يُحدث ثورة في مجال الحوسبة الكمومية والتقنيات البصرية، حيث طور فريق من الباحثين بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MITRE) رقاقة بصرية دقيقة قادرة على توجيه ملايين نقاط الضوء بسرعة مذهلة، مما يفتح الباب أمام تحسينات هائلة في نظم التحكم البصري وعمليات التصنيع والبحث العلمي.

ابتكار رقاقة بصرية دقيقة لزيادة قدرة التوجيه الضوئي

يواجه تصميم الحوسبة الكمومية تحديات كبيرة مع زيادة حجم الأنظمة، خاصة تلك التي تعتمد على التحكم باستخدام ليزر فردي لكل كيوبت. فكلما زاد عدد الكيوبتات، أصبح من الصعب إدارة أجهزة الليزر بشكل فعال. لكن مع تقنية الرقاقة الجديدة، يمكن توجيه العديد من الأشعة الضوئية من مصدر واحد، مما يقلل التعقيد ويعزز كفاءة الأنظمة.

تفاصيل التقنية المبتكرة

• حجم صغير جدًا: تبلغ مساحة الرقاقة حوالي مليمتر مربع واحد، وهو تقريبًا حجم حبة ملح.
• مصفوفة من الأوتاد المصغرة: تحتوي على شبكة من الأوتاد الصغيرة التي تعمل كمنحدرات دقيقة للضوء.
• التحكم الكهربائي: يتم تحريك كل وت صغير بواسطة جهد كهربائي بسيط، مما يوجه الليزر بدقة عالية على سطح ثنائي الأبعاد.
• توجيه الضوء: يمر الضوء عبر مسارات ضيقة تسمى موجّهات، ثم يخرج من طرف كل وت، مما يتيح توجيه ملايين النقاط الضوئية بسرعة فائقة.

قدرة غير مسبوقة على المسح الضوئي

وفقًا لمجلة IEEE Spectrum، تستطيع هذه الرقاقة عرض 68.6 مليون نقطة ضوئية قابلة للمسح في الثانية، وهو أكثر من خمسين مرة من أجهزة المسح الضوئي التقليدية. هذا التقدم يساهم بشكل كبير في معالجة تحديات توسيع أنظمة الحوسبة الكمومية، ويُمكن من بناء أنظمة أكبر وأسرع بكثير.

إنجازات عملية

• إظهار التفاصيل الدقيقة: تمكّن الفريق من عرض صور مفصلة على مقياس مجهري، بما في ذلك إعادة إنتاج لوحة الموناليزا داخل مساحة أصغر من خليتين بيضيتين.
• تزامن الحركة: تحدد التحديات الكبرى كانت في تنسيق حركة الأوتاد الصغيرة مع تدفق الضوء، وهو ما يتطلب دقة عالية في توقيت العمليات.

تطبيقات مستقبلية واعدة

بعيدًا عن الحوسبة الكمومية، يمكن لهذه التقنية أن تُسرع عمليات التصنيع باستخدام الليزر، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتطوير أنظمة التصوير عالية الأداء. يقول الباحثون:
“يمكن الآن تقليل الوقت المستغرق في عمليات كانت تستغرق ساعات إلى دقائق فقط.”

كما يُستكشف تصميم أشكال جديدة للأوتاد، مثل الحلزون، لدعم أنظمة المختبرات المصغرة التي تستخدم الضوء لتحفيز أو قياس التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا.

أثر التكنولوجيا على المستقبل

• خفض التكاليف: يقلل استخدام جهاز واحد قادر على توجيه ملايين الأشعة من الحاجة إلى العديد من أجهزة الليزر، مما يقلل من التكاليف والصيانة.
• تبسيط البنية التحتية: تقليل المعدات ينعكس على استهلاك الطاقة وتقليل النفقات التشغيلية على المدى الطويل.
• تطوير أنظمة الحوسبة: الاعتماد المتزايد على التكنولوجيا البصرية قد يُسهم في بناء مراكز بيانات أكثر كفاءة، مع توفير كبير في التكاليف.

هذه التقنية، رغم كونها لا تزال في مراحلها التجريبية، تشير إلى مستقبل واعد يُمكّن من تصميم أنظمة حوسبة أكثر كفاءة وبتكلفة أقل، مع إمكانيات واسعة في التصنيع والبحث العلمي.

صورة من إعداد: مات ساحة، واي. هنري وين، وآخرون.