طريقة جديدة لكشف خصائص الاستقرار في الأجهزة البصرية

تم مراجعة هذه المقالة وفقًا للإجراءات والسياسات التحريرية في Science X. وقد أبرز المحررون الخصائص التالية أثناء ضمان موثوقية المحتوى:

تمت عملية التحقق من صحة العملية

نشر بعد مراجعة الأقران

مصدر موثوق

تمت القراءة والتصحيح

في الألياف الضوئية، والرقائق، والأجهزة الأخرى التي توجه الضوء، يمكن أن تتسبب العيوب الصغيرة في تشتيت الفوتونات وتشويه مساراتها. تقدم دراسة جديدة طريقة تكشف عن خصائص تساعد في جعل سلوك موجات الضوء مقاوماً لهذه العيوب في أنظمة معينة. وقد تسرّع هذه الطريقة من أبحاث البحث عن أنواع جديدة من التكنولوجيا الإلكترونية والضوئية، وتسهم في تطوير أجهزة كمومية أكثر موثوقية.

في الدراسة المنشورة في مجلة “Physical Review Letters”، عرض باحثون من المعهد الملكي للتكنولوجيا في “KTH” شيبًا قابلًا للبرمجة قادرًا على اكتشاف وقياس “الخصائص الطوبولوجية”، وهي خصائص في سلوك الموجة تبقى ثابتة حتى عند تغيير النظام.

يُشير الأستاذ المساعد في جامعة KTH، علي الشعاري، إلى أن فهم هذه الخصائص قد يساعد الأجهزة على الاستمرار في العمل رغم وجود عيوب.

يقول الشعاري إن الخصائص الطوبولوجية يمكن أن تجعل المواد مستقرة بشكل استثنائي. ويقول: “عندما أشرح الطوبولوجيا للطلاب، أبدأ بعقدة على حبل. يمكنك أن تشدّها أو تثنيها أو تهزّها؛ تبقى العقدة في مكانها حتى تقطع الحبل.”

اكتشف الفيزيائيون أن بعض المواد والأجهزة تحتوي على عقد مشابهة في كيفية انتقال الأمواج عبرها.

يقول أندريا كاتالدو، المؤلف الرئيسي لهذه الدراسة وطلبة الدكتوراه في معهد كوالا للتكنولوجيا، إن مثل هذا العزم يعدّ جاذباً للتقنيات التي ينبغي أن تعمل رغم الضوضاء والعيوب، مثل الإلكترونيات المستقبلية وأجهزة الحوسبة الكمومية.

في العالم الحقيقي، تفقد كل نظام بعض الطاقة قليلاً”، كما يقول كاتالدو. “لهذا السبب، نحن بحاجة إلى طرق لفحص هذه الخصائص في ظروف واقعية.

يقول إن الشريحة المعتمدة على الضوء يمكنها محاكاة الأنظمة التي تفقد الطاقة، وكشف خصائصها المستترة بشكل مباشر.

وفقاً لكاتالدو، تمكّن الشريحة من التمييز الموثّق بين الحالات “العُقَدِيّة” (طوبولوجية) عن الحالات العادية. كما اكتشف نقطة خاصة تُسمى النقطة الاستثنائية، حيث تظهر الأنظمة التي تفقد طاقتها سلوكاً غير معتاد.

“نستخدم حيلة رياضية لتشغيل النظام الخاسر على الشريحة دون فقدان الإشارة فعلياً”، كما يقول. وبعد ذلك يقارن الباحثون الضوء بأشعة مرجعية—وهي نهج يشبه ما فعلوه عند مزامنة جهاز ما وفقاً لنغمة مرجعية.

“هذا يسمح لنا بقراءة المعلومات التي كان من المفترض أن تخفيها خسارة الطاقة بشكل طبيعي،” كما يقول.

نظرًا لأن الشريحة قابلة للبرمجة، يمكن اختبار العديد من السيناريوهات المختلفة على جهاز واحد.

أندريا كاتالدو وآخرون. القراءة التداخلية للطوبولوجيا في فضاء الزخم في دائرة فوتونية قابلة للبرمجة وفقدانية، (2026). DOI: 10.1103/xkht-64kc على DOI: 10.48550/arxiv.2609.38352

التي توفرها: معهد الملك التقني (KTH)

حصل على درجة البكالوريوس في علوم الحياة والبيئة. لديه خبرة في مختبرات الميكروبيولوجي، ويعمل في مجال الأدوية في قطاعات النفط والغاز والطاقة المتجددة. عرض الملف الشخصي الكامل →

أحصل على درجة البكالوريوس في مجال الرياضيات الحيوية، ودرجة الماجستير في مجال الكتابة الإبداعية. لديه آراء فريدة من نوعها في العلوم واللغة، وقد سافر كثيراً. عرض الملف الشخصي بالكامل →

التغذية الراجعة للمحررين