74 فيمتوثانية... الرقم اللي غيّر قواعد اللعبة

هل تعرف قد إيش 74 فيمتوثانية؟

هذي 74 كوادريليونths من الثانية — يعني رقم فوق ما تتخيل صغره.

خلال هذي اللحظة الطفيلية، الضوء ينتقل مسافة تعادل تقريبًا سمك خصلة شعر بشرية واحدة فقط.

الآن تخيّل إن باحثين في كالتيك نجحوا يبنون جهاز يقدر يوجّه شعاع ضوء في هذي الفترة المستحيلة القصر.

— صدقني، أول ما قرأت الموضوع، رجعت أقراه ثلاث مرات لأتأكد إني فهمت صح.

المشكلة: ليش الضوء صعب المراس؟

الضوء لحوحة — وهذا مو سر.

لما تبي توجّه شعاع ضوء بالطرق التقليدية، لازم تتعامل مع الإلكترونات في المادة. يعني تدفعها لمستويات طاقة أعلى، وبعدين تنتظرها ترجع تهدا.

وهذا الانتظار بالضبط هو اللي يخلق "عنق زجاجة" — يحدد سرعة التحويل أو التوجيه.

تخيّلها كأنك تحاول تغيّر حارة في طريق سريع، بس لازم تقنع كل سيارة تسحب على الجانب، تنتظر، وبعدين ترجع تنضم للمسار. بطيء ومتعِب.

التقنيات الحالية تصل أقصى سرعتها عند نانوثانية أو بيكوثانية — يعني سريعة جدًا بميزاننا البشري، لكن بطيئة إذا كنت تبني جيل جديد من الحواسيب وأنظمة الاتصال.

الحل الجذري: ضوء يتحكم ب ضوء

فريق كالتيك بقيادة هاري أتواتر سلك طريق مختلف تمامًا.

بدل ما يستخدمون إشارات كهربائية للتحكم بالضوء، استخدموا شعاع ضوء واحد لتوجيه شعاع ثاني.

الفكرة تعتمد على ما نسميه "تأثير كيرك الضوئي" — تخيّل إن شعاع ضوء قوي يمر خلال مادة معينة، فيغيّر مؤقتًا طريقة تفاعل المادة مع الضوء.

اللي يميّز هذا التأثير إنه يحدث بسرعة خيالية — لأن الإلكترونات ما تُدفع لمستويات طاقة جديدة بالكامل، بل تتحرك قليلًا داخل مداراتها الموجودة.

المشكلة؟ هذا التأثير بحد ذاته ضعيف جدًا. تغييرات بسيطة كذا مو كفاية لتوجيه شعاع الضوء بشكل واضح.

السر في الأعمدة النانوية

وهنا يجي الإبداع.

الباحثين طوّروا ما يُسمّى "سطح ميتا" — عبارة عن طبقة من السيليكون غير المتبلور مغطاة بأعمدة نانوية، كل عمود أصغر من طول موجة الضوء المستخدم.

هذي الأعمدة الصغيرة تشتغل كـ "مصائد ضوئية" مصغّرة. تخلي الضوء يرتد داخل المادة فترة أطول من المعتاد، وهذا يعطي تأثير كيرك وقت أكثر يشتغل فيه.

التفاعل الممتد هذي مرّات يضاعف التغيير في معامل الانكسار لحد ما يصير قوي بما يكفي لتوجيه شعاع الضوء بزاوية تصل 13 درجة.

كل هذا يحصل في 74 فيمتوثانية فقط — والسرعة هذي مو محدودة بالمادة نفسها، بل بمدة نبضات الليزر اللي استخدموها.

ليه هذا يهم؟

خلّني أعطيك صورة واضحة.

لو نقدر نطوّر هذا مقياس أكبر — حاسوب يستخدم هذه التقنية يقدر يعالج الإشارات الضوئية ملايين المرات أسرع من اللي ممكن نشوفه اليوم.

نتحدث عن تطبيقات محتملة في كل شيء:

• شبكات الاتصالات
• أنظمة LiDAR للسيارات ذاتية القيادة
• أجهزة استشعار تكتشف جزيئات مفردة في التشخيص الطبي

والجزء الأكثر إثارة؟

الباحثين يقولون إن الحد الأقصى للسرعة الحالية مو سمة أساسية في التقنية — هو مجرد قيّد ناتج عن جهاز الليزر اللي عندهم. بأفضل نبضات، ممكن يوصل لأسرع — يفتح الباب لمفاهيم مثل "بلورات الوقت" ومواد ضوئية متغيرة مع الزمن تبدو وكأنها من عالم الخيال العلمي.

الصورة الكبيرة

هذا البحث يمثّل تحوّل كبير — من التفكير في التحكم بالضوء من منظور الإلكترونيات، إلى التفكير من منظور البصريات الصرف.

ننتقل لعالم ما يكون فيه الضوء مجرد حامل للمعلومات — بل يشارك بفاعلية في معالجتها.

هل هذا يعني ثورة في عالم الحوسبة السنة الجاية؟ على الأرجح لا.

لكنها إحدى تلك القفزات الأساسية اللي تخليك تحس إننا نعيش عصر تُرسَم فيه حدود الممكن في المختبرات، فيمتوثانية فيمتوثانية.

أنا personally، أشوف هذا شيء يخليني أشعر بالدهشة والتواضع في نفس الوقت. 🤯