إبطاء سرعة الضوء إلى 61 كم/ساعة: الاختراق الكمومي في التلاعب بالضوء

الضوء موجة كهرطيسية تُظهر سلوك جسيم في آنٍ واحد، ويتكوّن من فوتونات لا كتلة لها. يمتد طيفه من الموجات الراديوية إلى أشعة غاما، ويشغل الضوء المرئي شريطاً ضيقاً منه. تُقدّر قيمة صناعة الفوتونيات عالمياً، التي تضم الليزر والاتصالات البصرية، بأكثر من 600 مليار دولار، مدفوعة بفهم متزايد لطبيعة الضوء.

سرعة الضوء في الفراغ 299,792,458 م/ث، وهي قيمة ثابتة تؤكدها النسبية الخاصة لأينشتاين. قُيست بدقة عالية باستخدام تقنيات التداخل والساعات الذرية، فأصبحت أساس نظام GPS والتجارب الفلكية الحديثة. تعتمد الاتصالات العالمية على الألياف الضوئية، التي تدعم نشاطاً اقتصادياً يتجاوز 2 تريليون دولار سنوياً.

رغم ثبات سرعته في الفراغ، يخفض الوسط المادي سرعة الضوء؛ ففي الماء أو الزجاج تقل السرعة بسبب اختلاف معامل الانكسار. لكن الباحثين تخطوا هذا الحد الطبيعي. في عام 1999، أبطأت لين هاو الضوء إلى 61 كم/ساعة فقط، باستخدام مادة كمومية فائقة البرودة تُسمى مكثف بوز-أينشتاين (BEC).

يتكوّن مكثف بوز-أينشتاين بتبريد ذرات بوزونية إلى درجة قريبة من الصفر المطلق، فتتصرف الذرات كجسم كمومي واحد. يؤدي هذا الترابط إلى خفض سرعة الضوء بشكل كبير، ويُمكن حتى إيقاف نبضاته وتخزينها، ثم إطلاقها لاحقاً عند الحاجة. تتيح هذه الظاهرة تطوير ذاكرة كمومية وحواسيب بصرية، ويُعد التحكم في سرعة الضوء عنصراً أساسياً في بناء شبكات كمومية آمنة.

إبطاء الضوء يفتح آفاقاً لفهم التفاعلات الكمومية، ويعزز أبحاث النواقل الفائقة. تتيح هذه التقنيات تحسين الكيوبتات ومعالجة البيانات بدقة عالية. يُتوقع أن تبلغ قيمة سوق الحوسبة الكمومية أكثر من 100 مليار دولار بحلول عام 2040، مدفوعة بابتكارات في الأجهزة الفوتونية والتحكم في الضوء.

تُشكل هذه التطورات نقلة في فهم فيزياء الضوء واستخداماته التكنولوجية المستقبلية، خاصة في الحوسبة الكمومية، والاتصالات الضوئية، وتخزين المعلومات.