اختراقان كميان من ألمانيا: حبس الذرات لساعتين وفخ ضوئي نانوي جديد

إليكم نتائج التحقق من الإنجازين الكميين الألمانيين.

1. معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية (MPQ): حبس ذرات السترونشيوم-88 لمدة ساعتين

باحثو معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية (Max-Planck-Institut für Quantenoptik) في جارشينغ (Garching) تمكنوا من تحقيق عمر حبس فراغي (vacuum-limited trapping lifetime) يصل إلى ساعتين لذرات السترونشيوم-88 (₈₈Sr) في مصيدة بصرية عالية التنظيم (16 × 16 optical tweezer array)، وفقًا لورقة بحثية أولية نُشرت في arXiv (2607.12988) بتاريخ 15 يوليو 2026 .

كيف تم الإنجاز

• تعزيز الفراغ بالتبريد العميق: بنى الفريق نظام تبريد فائق (cryostat) يصل طرفه البارد إلى درجة حرارة 4 كلفن، وهو موضوع على بُعد حوالي 30 سم من الشبكة البصرية. تنشيط هذا النظام يقلل بشكل كبير الضغط الجزئي للهيدروجين المتبقي (الغاز الخلفي السائد)، حتى مع عدم ملامسة الطرف البارد لمنطقة الحبس مباشرة .
• اختيار المواد والتسخين: حجرة التفريغ مصنوعة في الغالب من التيتانيوم من الدرجة الثانية (grade 2 titanium) الذي يتميز بخصائص تفريغ غازي أفضل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ (خاصة للهيدروجين). خضعت الحجرة لعملية تسخين (bakeout) بدرجة حرارة عالية (320 درجة مئوية) لمدة ثلاثة أسابيع، تليها عملية تسخين بدرجة حرارة منخفضة (حوالي 150 درجة مئوية) لمدة أسبوعين .

الابتكار في تصميم نظام التبريد: وصول بصري كامل بدون أغلفة مبردة معقدة

الفكرة الأساسية في التصميم هي أن جميع العدسات البصرية للتصوير والمصيدة توضع خارج خلية الزجاج، وتعمل في درجة حرارة الغرفة وفي الهواء الطلق. هذا يتجنب الحاجة إلى عدسات مخصصة تتحمل الظروف الفراغية ودرجات الحرارة المنخفضة والتقلص الحراري. خلية الزجاج نفسها تقع في الجزء الدافئ من الحجرة، بينما يُبرد فقط الطرف البارد الموجود في عمق حجرة التفريغ .

هذا يعني أن النظام يحافظ على وصول بصري كامل — يمكن استخدام عدسات تجارية عالية الجودة — على حساب عدم حماية الذرات من الإشعاع الحراري الصادر عن درجة حرارة الغرفة. ويشير الباحثون إلى أن هذا يتوافق مع استخدام دروع ميكروويفية في درجة حرارة الغرفة في تجارب ذرات ريدبرج (Rydberg) المستقبلية .

قابلية التوسع والتطوير

الورقة البحثية توضح بشكل صريح أن عمر الحبس الأطول يتيح مباشرة بناء صفائف ذرية أكبر. نظرًا لأن وقت الترتيب يزيد خطيًا مع عدد الذرات، واحتمال الحفاظ على صفيف خالٍ من العيوب يتناقص أسيًا مع الحجم، فإن عمر الحبس الذي يبلغ عدة ساعات يوفر وقتًا كافيًا لتجميع تكوينات ذرية منظمة كبيرة. مع الوصول البصري الكامل الذي يتيح استخدام عدسات ذات مجال رؤية واسع وليزر عالي الطاقة لإنتاج شبكات بصرية كبيرة الحجم، يتوقع الباحثون طريقًا عمليًا نحو صفائف خالية من العيوب تحتوي على عشرات الآلاف من الذرات، وربما تتجاوز 100,000 ذرة .

---

2. جامعة هومبولت في برلين: فخ هجين نانوبصري يستخدم القوى السطحية

باحثو جامعة هومبولت في برلين (مجموعة البروفيسور أرنو راوشنبويتل) تمكنوا من تطوير فخ نانوبصري هجين (hybrid nanophotonic trap) لذرات السيزيوم الباردة، كما ورد في ورقة أولية على arXiv (2509.17767) في سبتمبر 2025 وتم نشرها لاحقًا في مجلة Nature Photonics .

كيف يعمل الفخ الجديد

• الفخ يستخدم القوى السطحية (تفاعل Casimir–Polder بالإضافة إلى الشحنات الكهروستاتيكية على سطح الألياف النانوية) لجذب الذرات، بينما يستخدم حقل ليزر طارد واحد (blue-detuned evanescent field) لصدها .
• هذا يحل محل المصيدة ثنائية اللون (أحمر + أزرق) التقليدية المطلوبة عادة لاصطياد الذرات بالقرب من الألياف النانوية. موضع الفخ حوالي 650 نانومتر من سطح الألياف النانوية، بعمق يبلغ حوالي 1 ميكروكلفن .

الأداء المحقق

• زمن تخزين الذرات: 140(9) مللي ثانية — وهو أطول من المصيدة ثنائية اللون التقليدية، على الرغم من أن الفخ الهجين أقل عمقًا بشكل ملحوظ .
• زمن التماسك (Ramsey coherence time): 16.8(2) مللي ثانية — وهو أطول بعشر مرات من الفخاخ النانوية السابقة، لأن الذرات تقضي معظم وقتها في مناطق منخفضة الضوء، مما يقلل من عدم التماسك الناتج عن الإزاحة الضوئية التفاضلية .

الأهمية

العمل يظهر أن القوى السطحية، التي كانت تُعتبر عادة مصدر إزعاج يجب تقليله، يمكن تسخيرها كأداة مفيدة للاصطياد. هذا يبسط المتطلبات البصرية (عدد أقل من أشعة الليزر المطلوبة) ويحسن التماسك بشكل كبير، مما يجعلها واعدة لذاكرات كمومية، وعقد شبكات كمومية، وأجهزة كمومية نانوبصرية أخرى .