شبكة اصطناعية لفوتون واحد ⚡ экспресс
لمحاكاة النماذج الشبكية والتحكم في ديناميكيات الفوتونات، يُستخدم البعد الترددي الاصطناعي غالبًا، إلا أن نقله إلى النظام الكمومي أحادي الفوتون ظل تحديًا صعبًا. في هذا العمل، تم لأول مرة تهيئة وكشف الحالات الكمومية للفوتونات المفردة في مثل هذه الشبكة باستخدام كيوبت فائق التوصيل مدمج مع كابل متحد المحور من الألمنيوم بطول 16 مترًا. تُنشأ الروابط في الشبكة والمجالات المعيارية الاصطناعية بواسطة المغير القابل للضبط المعتمد على سكويد. تم إثبات التجوال العشوائي الكمومي، وتذبذبات بلوخ، بالإضافة إلى تحويل التردد أحادي الاتجاه غير الأديباتي عند التعديل الزمني السريع لهاميلتونيان الشبكة؛ كما تم قياس بنية النطاق. يمكن إعادة تشكيل طوبولوجيا الروابط بسهولة إلى شبكات متعددة الأبعاد باستخدام نغمات تحكم متعددة. وهكذا، تمثل الدوائر الكمومية فائقة التوصيل منصة عالمية لهاميلتونيات قابلة للبرمجة وشبكات اصطناعية قابلة للتوسع مع تحكم مرن على مستوى الفوتونات المفردة.
الفوتون يشبه مركبة في موقف متعدد الطوابق، حيث يمثل كل طابق تردده (لونه). عادةً ما يعلق في طابق واحد، لكن العلماء أضافوا مصعدًا — مُعدِّلًا قابلًا للبرمجة ينقل الفوتون بين الطوابق حسب الأوامر. يخلق هذا المصعد روابط بين الترددات، محولًا إياها إلى ما يشبه شبكة اصطناعية، تُذكّر بطريقة دراسة الضوء بتحليل تردداته — المطيافية.
بتغيير وضع المصعد، يمكن تحقيق تجول عشوائي للفوتون بين الطوابق، أو تأرجحه الإيقاعي صعودًا وهبوطًا، أو حركة صارمة للأعلى فقط دون عودة. في التجربة، وُلد فوتون واحد في كيوبت فائق التوصيل — وهو ذرة اصطناعية طُورت بفضل اكتشافات جون باردين — وانطلق عبر كابل طوله 16 مترًا بسرعة تقترب من سرعة الضوء. خضعت إحصائيات قفزاته للقوانين التي درسها روي غلوبر.
🎯 طول الكابل البالغ 16 مترًا ليس عشوائيًا: فقد حدد خطوة بين طوابق التردد تبلغ نحو 10 ميغاهرتز، لجعلها مميزة وقابلة للتحكم كلٍّ على حدة.