تطوير أول ساعة كمية في إنجلترا

شرع مختبر العلوم والتكنولوجيا الدفاعية في مشروع سري للغاية لتطوير أول ساعة كمية في إنجلترا. تعد هذه التكنولوجيا الثورية بتعزيز عمليات الاستخبارات والاستطلاع العسكرية البريطانية من خلال توفير دقة لا مثيل لها في ضبط الوقت. دقة الساعة استثنائية للغاية لدرجة أنها ستفقد أقل من ثانية واحدة على مدى مليارات السنين، مما يسمح للعلماء بقياس الوقت على نطاق غير مسبوق.

ويمثل المشروع، الذي أعلنته وزارة الدفاع، علامة بارزة في سعي المملكة المتحدة لتكنولوجيا الكم. ومع إمكانية تقليل الاعتماد على تكنولوجيا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والتي يمكن أن يعطلها الأعداء ويمنعونها، فإن الساعة الكمية مهيأة لتعزيز القدرة التشغيلية للبلاد ودفع التقدم في قطاع العلوم.

ما هي الساعات الكمية؟

تستخدم الساعات الكمومية الذرات كعناصر أساسية لضبط الوقت. حيث تحتوي الذرات على مستويات طاقة مميزة، ويمكن للإلكترونات الموجودة داخل هذه الذرات الانتقال بين هذه المستويات عن طريق امتصاص أو إصدار الطاقة في شكل إشعاع كهرومغناطيسي (ضوء). يتناسب تردد هذا الإشعاع بشكل مباشر مع فرق الطاقة بين المستويات، وهي علاقة تُمليها ثابت بلانك.

ولتقليل الاضطرابات الخارجية وتحقيق دقة عالية، غالبًا ما يتم تبريد الذرات إلى درجات حرارة منخفضة للغاية باستخدام الليزر. تعمل هذه العملية على إبطاء الذرات بشكل كبير، مما يقلل من حركتها ويجعل التحكم فيها أسهل. ويتم بعد ذلك حبس الذرات المبردة باستخدام المجالات الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى عزلها بشكل أكبر عن التأثيرات الخارجية.

بمجرد احتجاز الذرات وتبريدها، يتم تعريضها لأشعة ليزر مضبوطة بعناية تعمل على إحداث انتقالات بين مستويات طاقة محددة. ويتم مطابقة تردد ضوء الليزر بدقة مع فرق الطاقة بين المستويات، مما يتسبب في انتقال الإلكترونات من مستوى إلى آخر. هذه الانتقالات دقيقة بشكل لا يصدق ومحددة جيدًا، مما يوفر مرجعًا زمنيًا مستقرًا وثابتًا للغاية.

كما يتم تحديد “دقات” الساعة من خلال تردد ضوء الليزر الذي يحرك التحولات الذرية. ومن خلال قياس هذا التردد بدقة، يمكن للعلماء حساب عدد التحولات التي تحدث خلال فترة زمنية معينة، وبالتالي قياس الوقت بدقة غير عادية.

أول ساعة كمية في إنجلترا

هذه الساعة ليست الأولى من نوعها في العالم، حيث طورت جامعة كولورادو في أمريكا ساعة كمية قبل 15 عامًا مع المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا. لكنها “أول جهاز من نوعه يتم بناؤه في المملكة المتحدة”، كما يمكن نشره من قبل الجيش “في السنوات الخمس المقبلة”.

التطبيقات المحتملة للساعات الكمية

بفضل دقتها غير المسبوقة، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تفتح آفاقًا جديدة في مختلف المجالات. على سبيل المثال، في أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية، يمكن للساعات الكمية تعزيز دقة تحديد المواقع، مما يتيح تتبع الموقع والملاحة بشكل أكثر دقة. وقد يكون لهذا تأثير كبير على صناعات مثل الطيران والبحرية والزراعة، حيث يعد تحديد المواقع بدقة أمرًا بالغ الأهمية.

وفي مجال الاتصالات، يمكن أن يؤدي ضبط الوقت الكمي إلى تحسين مزامنة شبكات الهاتف المحمول، وتقليل الأخطاء وزيادة الكفاءة الإجمالية لنقل البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي ضبط الوقت الدقيق إلى تسهيل تطوير معاملات مالية عالية السرعة وأكثر كفاءة وموثوقية، مما يحدث ثورة في عالم التمويل.

علاوة على ذلك، يتصور الباحثون مستقبلًا حيث يمكن استخدام الساعات الكمية لدراسة الظواهر المعقدة مثل المادة والطاقة المظلمة، والتي تعتبر ضرورية لفهم الكون. من خلال توفير تعريف أكثر دقة للوقت، يمكن للساعات الكمية أن تساعد العلماء على اكتساب فهم أعمق للقوانين الأساسية للفيزياء، مما قد يؤدي إلى اكتشافات رائدة.

• قفزة نوعية في أجهزة استشعار الحركة بالتقنيات الكمومية!
• ما نعرفه عن الزمن، أعظم ألغاز الفيزياء
• دراسة تظهر أن الفوتونات من بواعث النقاط الكمومية تكسر مبرهنة بيل
• السعودية تحارب التصحر لتحويل الصحراء إلى أراضي خضراء
• لماذا نقسم اليوم إلى 24 ساعة ونقسم الساعة إلى 60 دقيقة؟

سعي عالمي

تحرص الشركات والحكومات في جميع أنحاء العالم على الاستفادة من الفوائد المحتملة الهائلة التي يمكن أن تجلبها تكنولوجيا الكم. حيث كشفت شركة جوجل الشهر الماضي عن شريحة حوسبة كمية جديدة قالت إنها يمكن أن تفعل في دقائق ما يستغرقه أجهزة الكمبيوتر العملاقة الرائدة 10 سبتلييون عام لإكماله.

كما تستثمر الولايات المتحدة والصين بكثافة في أبحاث الكم، وفرضت الإدارة الأمريكية قيودًا صارمة على تصدير مثل هذه التكنولوجيا الحساسة. إن الاستثمار الخاص والعام في مثل هذه التكنولوجيا بلغ 20 مليار دولار خلال السنوات الخمس الماضية.

المصدر

Secret lab developing UK’s first quantum clock | phys.org