عاجل | يمكن لشريحة “قوس قزح” بحجم حبة الأرز أن تُحدث تحولاً في اتصالات الجيل السادس

يمكن لشريحة صغيرة تنتج “قوس قزح” من الضوء منظمًا بدقة أن تساعد في تمكين اتصالات الجيل السادس (6G) بشكل أسرع وبسعة أعلى وتوقيت أكثر دقة للتقنيات الكمومية.

يمكن لرقاقة صغيرة بحجم حبة الأرز أن تولد طيفًا ضوئيًا مرتبًا بعناية وتحوله إلى إشارات كهرومغناطيسية متعددة عالية التردد تسمى الموجات المليمترية. يقول الفيزيائيون في جامعة لوبورو ومعاونوهم الدوليون إن هذا النهج يمكن أن يدعم في النهاية التقنيات التي تتطلب كميات كبيرة من النطاق الترددي وإشارات دقيقة بشكل استثنائي.

تعد الموجات المليمترية جذابة بشكل خاص للاتصالات المستقبلية لأنها توفر نطاقًا تردديًا أكبر بكثير، مما يخلق بشكل فعال قدرة إضافية لنقل البيانات. وكان التحدي يتمثل في إنتاج هذه الترددات بالدقة والاستقرار المطلوبين للأنظمة المتقدمة.

وأوضح الدكتور لوك بيترز، من مركز أبحاث الضوئيات الناشئة بجامعة لوبورو: “أصبح العالم متعطشا للبيانات بشكل متزايد. ونحن نريد إرسال واستقبال المزيد من المعلومات، بشكل أسرع وبدقة أعلى، ويمكن للموجات المليمترية أن تساعد في توفير القدرة على القيام بذلك”.

“يمكن أن تساهم في النهاية في إنشاء شبكات 6G أسرع وأكثر قدرة، لكن الإمكانات تذهب إلى ما هو أبعد من الاتصالات. يمكن أيضًا استخدام هذه الترددات في أنظمة الرادار وكذلك التحليل الطيفي والأدوات الفلكية، مما يساعد العلماء على دراسة المواد وإجراء قياسات دقيقة للغاية للكون.

“لا تزال هذه التطبيقات بعيدة المنال، وهناك تحديات يجب التغلب عليها قبل أن يتم استخدام التكنولوجيا في أنظمة العالم الحقيقي – ولكن عملنا الأخير قد تناول مشكلة رئيسية.”

تولد شريحة واحدة العديد من الإشارات الدقيقة

أنتج الباحثون الموجات المليمترية باستخدام مشط صغير، وهو عبارة عن مجموعة مرتبة بدقة من ترددات الضوء التي تشبه ألوان قوس قزح ولكنها تقع خارج نطاق ما يمكن للعين البشرية رؤيته. يمكن للهوائي المتخصص بعد ذلك تحويل تلك الترددات الضوئية إلى موجات ملليمترية.

أظهر العمل السابق أن الأمشاط الدقيقة يمكنها إنتاج تردد موجة مليمتر واحد دقيق. إن توليد العديد من الترددات في وقت واحد يمكن أن يوفر عدة قنوات لنقل البيانات في نفس الوقت، ولكن تحقيق ذلك يتطلب مشطًا صغيرًا يتمتع بدرجة عالية من الاستقرار والوضوح بشكل غير عادي.

في ورقة نشرت في اتصالات الطبيعة، أظهر الباحثون بقيادة لوبورو نظامًا قادرًا على إنتاج هذا النوع من المشط الدقيق المستقر عالي الجودة. يمكن بعد ذلك تحويل تردداتها الضوئية إلى عدة ترددات موجية مليمترية متباعدة بدقة في وقت واحد.

يكمن الاختلاف في كيفية إنشاء المشط الصغير. تقوم الأنظمة التقليدية عادة بتوجيه ضوء الليزر إلى مرنان ميكروي، وهو هيكل صغير مصنوع على شريحة تحبس الضوء وتسمح له بالانتشار.

يجمع نظام Loughborough بين هذا الرنان الدقيق القائم على الرقاقة مع حلقة أكبر بكثير من الألياف الضوئية. ينتقل ضوء الليزر بشكل متكرر عبر كلا المكونين، مما يساعد على تطوير الحالات البصرية المرغوبة والبقاء مستقرة.

أوضح الدكتور بيترز: “لقد أنشأنا بشكل أساسي قوس قزح دقيقًا ومستقرًا بشكل لا يصدق على شريحة، حيث تستمر الحلقة في تغذية الضوء مرة أخرى عبر الشريحة، مما يسمح لهذه الحالات بالتراكم بكفاءة، والبدء من تلقاء نفسها والبقاء مستقرة حتى عندما يكون النظام مضطربًا”.

“إنه قوي بشكل ملحوظ أيضًا. حتى أنه كان لدينا أشخاص يقفزون لأعلى ولأسفل بجانب النظام، وظل المشط الصغير مستقرًا.”

تحتفظ الموجات المليمترية بالدقة الأصلية

وأظهر الباحثون أيضًا أنه يمكن تعديل الترددات الفردية داخل المشط الصغير “قوس قزح”، مما يسمح بتقوية بعضها وإضعاف البعض الآخر. والأهم من ذلك، أن دقة واستقرار المشط البصري الصغير ظل سليمًا بعد تحويل الترددات إلى إشارات موجة مليمترية.

أوضح الدكتور بيترز: «إن القدرة على جعل الترددات الفردية أقوى أو أضعف تمنحنا المزيد من التحكم في الإشارات التي ننتجها، لأن التطبيقات المختلفة ستحتاج إلى مجموعات مختلفة من الترددات».

“وبنفس القدر من الأهمية، لقد أظهرنا أن دقة المشط الصغير تنتقل إلى الموجات المليمترية. وهذا يمنحنا مجموعة كاملة من الإشارات التي يتم التحكم فيها بشكل كبير، وهو بالضبط ما تحتاجه للتطبيقات التي تكون فيها الدقة والاستقرار أمرًا مهمًا.

“إن نفس المستوى من الدقة له قيمة بالنسبة للتوقيت. التوقيت الدقيق يقع في جوهر التقنيات الكمومية الناشئة، حيث تكون الدقة القصوى مطلبًا.”

ويدرس الباحثون الآن كيف يمكن للتكنولوجيا أن تتجاوز التجارب المعملية.

على الرغم من أن الرقاقة المركزية لا يتجاوز حجمها حجم حبة الأرز، إلا أن الجهاز بأكمله يشغل حاليًا سطح الطاولة. يمكن للإصدارات المستقبلية أن تستخدم طاقة أقل وتشغل مساحة أقل بكثير، مما قد يؤدي إلى تقليل حجم النظام بأكمله إلى حجم صندوق الأحذية تقريبًا.

أحد الاحتمالات التي يرغب الباحثون في التحقيق فيها هو وضع التكنولوجيا على الأقمار الصناعية، حيث يكون تقليل الحجم والوزن واستهلاك الطاقة أمرًا مهمًا بشكل خاص.

التحدي التالي هو تقليص النظام

يقوم الباحثون أيضًا باختبار حدود دقة المشط الصغير. ومن خلال التعاون مع المختبر الفيزيائي الوطني، يقومون بمقارنة النظام بالساعات الدقيقة ويبحثون في الاستخدامات المحتملة في التوقيت والملاحة وتحديد المواقع. يساهم العمل أيضًا في الجهود التي يشارك فيها المختبر الفيزيائي الوطني ومركز المملكة المتحدة للموقع الممكّن الكمي والملاحة والتوقيت (QEPNT).

أوضح الدكتور أنطونيو كوترونا، الذي قاد قياسات استقرار الأمشاط الصغيرة: “نحن متحمسون حقًا لرؤية إلى أي مدى يمكننا أن نصل إلى دقة واستقرار هذه الأمشاط الدقيقة، خاصة بالنسبة للتقنيات التي تعتمد على توقيت دقيق للغاية”.

“نأمل أن تفتح هذه الدراسة ونظامنا طرقًا جديدة لجلب الدقة الاستثنائية للساعات الذرية إلى تقنيات أكثر إحكاما للتوقيت والملاحة والموقع، ومن المثير بشكل خاص استكشاف هذه الاحتمالات من خلال تعاوننا الأوسع مع المختبر الفيزيائي الوطني ومركز المملكة المتحدة للموقع الممكّن الكمي والملاحة والتوقيت.”

المرجع: “مشط الموجات المليمترية الناتج عن مشط بصري صغير” بقلم L. Peters، A. Cutrona، AR Cooper، L. Olivieri، F. Getman، V. Cecconi، N. Paul، D. Das، M. Rowley، ST Chu، BE Little، R. Morandotti، DJ Moss، JS Totero Gongora، A. Pasquazi and M. Peccianti، 20 أغسطس 2026, اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-026-76747-2

حصل هذا المشروع على تمويل من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) في إطار منحة برنامج البحث والابتكار في أفق 2020 للاتحاد الأوروبي رقم 725046.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.