منبع جديد للطاقة من الفراغ الكمي

وفقًا لنظرية المجال الكمي فإن الفضاء الفارغ ليس فارغًا، ولكنه مليء بتقلبات الفراغ الكمي، مثل الانبعاث التلقائي وقوى التشتت، بناءً على هذا وكخطوة أولى في تحليل بنية الارتباطات الفراغية في نظرية المجال الكمي، أُثبت تجريبيًّا وجود ارتباطات بين مجالات الفراغ الكمي وذلك باستخدام العينات الكهروضوئية والحصول على النتائج عن طريق نبضات ليزر مفصولة بزمن معين. 

بحسب مبدأ النسبية لأينشتاين، لا يمكن نقل المعلومات إلا بسرعة الضوء، وإن ذرتين تقعان خارج المخروط الضوئي لا يمكن أن يكون بينهما علاقة، وبقلب مبدأ النسبية هذا تتنبأ الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED) بوجود ذرتين تقعان على مسافة من بعضهما يمكنهما الارتباط بعد التفاعل في الفراغ الكمي للمجال الكهرومغناطيسي فترةً من الزمن، وذلك قبل أن يكون لديهما الوقت لتبادل الفوتون (1).

إذًا هل يمكن فحص الفراغ الكمي ونقل الطاقة عن طريق تشتت الفوتون؟

إن استخدام نبضات الليزر قصيرة المُدة أحدث نقلة نوعية، إذ سيكون من الممكن إجراء تحقيقات تجريبية للجوانب غير الخطية للديناميكا الكهربائية الكمومية (QED) من جانب الفوتون، وهذه التجارب ستضع حدودًا على النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات (2).

أي تبين أنه ليست الارتباطات الكلاسيكية وحدها، بل أيضًا التشابك الكمي يمكن أن يحدث خارج حدود المخروط الضوئي.

تتلخص الفكرة الرئيسة في وجود مسبارين موجودين في موقعين مختلفين يتفاعلان مع المجال الكمي مدةً محددةً فتحدث العملية في منطقتين منفصلتين عن طريق تقنية العينات الكهروضوئية، ويمكن عندها قياس المجال الكهربائي داخل بلورة غير خطيّة من خلال تفاعلها مع نبضة ليزر قصيرة جدًّا من الأشعة تحت الحمراء، تتميز بتوفير دقة على مستوى الأطوال الموجية العميقة في الزمان والمكان، فيُحدَّد دخول الفوتونات وخروجها من البلورة غير الخطية في الوقت الذي تتفاعل خلاله مع تقلبات الفراغ، وبعد مغادرة البلورة، تسافر دون تفاعلات إلى أجهزة الكشف الخاصة بها (1،3).

 ومن هنا يمكننا القول أن إمكانيّة تسخير الطاقة من الفراغ الكمي أصبحت حقيقة واقعة. ومثل أي تكنولوجيا، فإن التقنيات الكمومية ليست منيعة أمام القدرات البشرية، وفي الآونة الأخيرة صمم الباحثون في مركز الفيزياء داخل معهد (PCS) للأنظمة المعقدة مقياس (IBS) للعلوم الأساسية للطاقة القابلة للاستخراج واعتمدت التجارب على مقياس يسمى ergotropy، إذ يوفر هذا المقياس تحديثات أكثر واقعية تخبرنا عن مصادر الطاقة الأفضل مع قدراتنا التجريبية الحالية.

أفضل تطبيق تجريبي أنجزه فريق IBS هو البطارية الكمومية، وهو نظام صغير بما يكفي لعرض الظواهر الكمومية. تخيل على سبيل المثال خطًّا مكونًّا من 16 ذرة محاصرة بواسطة الليزر أو (qubits) الكيوبتات فائقة التوصيل التي تبني منها شركات مثل GOOGLE وIBM إصداراتها المبكرة من الكمبيوتر الكمي، ويمكن لهذه المنصات الحاملة للطاقة أن تعمل على تشغيل أجهزتنا الكمومية المستقبلية، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية أو أجهزة الاستشعار الكمومية أو الأجهزة التي توفر اتصالات مشفرة كميًّا، وبالتالي أكثر أمانًا (4،5).

ومع تطور قدرتنا التّكنولوجية يمكن الاعتماد على مصادر طاقة مستقبلية جديدة ستحل محل المصادر السابقة، ويمكننا أن نتوقع استخدام هذه المصادر بشكل مستمر، والتجربة السابقة هي البداية التي ستُستخدم للحكم على مصادر الطاقة الكمومية المحتملة في المستقبل.

مصادر: