طوّر باحثون في جامعة بادربورن طريقة جديدة لقياس المسافات في أنظمة مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS، ما أدى إلى تحقيق نتائج أكثر دقة من أي وقت مضى. باستخدام مبادئ الفيزياء الكمومية، نجح الفريق، بقيادة الحائزة على جائزة ليبنيز البروفيسورة كريستين سيلبرهور، في التغلب على ما يُعرف بحد الدقة الذي يتسبب في "الضوضاء" التي تظهر في الصور، على سبيل المثال. نُشرت نتائجهم مؤخرًا في المجلة الأكاديمية Physical Review X Quantum (PRX Quantum)، كما سلطت مجلة Physics الإلكترونية للناشر الضوء على هذه الورقة من خلال خبراء التحرير – وهو شرف يقتصر على بعض المنشورات المميزة.
يوضح الفيزيائي الدكتور بنيامين بريشت مشكلة حد الدقة قائلًا: "في قياسات المسافة باستخدام الليزر، يسجل الكاشف نبضتين ضوئيتين مختلفتين بفارق زمني معين. كلما كان قياس الزمن أكثر دقة، يمكن تحديد المسافة بدقة أعلى. طالما كان الفاصل الزمني بين النبضات أطول من مدة النبضة نفسها، فإن العملية تعمل بشكل جيد". وتكمن المشكلة، كما يضيف بريشت، عند تداخل النبضات: "حينها لا يمكن قياس الفارق الزمني بالطرق التقليدية. يُطلق على هذا حد الدقة، وهو تأثير شائع في التصوير؛ إذ لا يمكن تمييز الهياكل أو التفاصيل الدقيقة جدًا. وتظهر هنا نفس المشكلة، لكن مع تحديد الموضع بدلًا من الوقت".
يشير بريشت إلى تحدٍ آخر يتمثل في قياس كثافات النبضتين الضوئيتين في آنٍ واحد إلى جانب الفارق الزمني ووقت الوصول. وهذا بالضبط ما نجح الباحثون في تحقيقه – "بدقة محدودة كموميًا"، كما يؤكد. ومن خلال التعاون مع شركاء من جمهورية التشيك وإسبانيا، تمكن الفيزيائيون في بادربورن من قياس هذه القيم حتى عندما بلغت نسبة تداخل النبضات 90%. يقول بريشت: "هذا يتجاوز حد الدقة التقليدي بفارق كبير؛ إذ أصبحت دقة القياس أفضل بعشرة آلاف مرة تقريبًا. وباستخدام أساليب من نظرية المعلومات الكمومية، نستطيع ابتكار أشكال جديدة من القياس تتغلب على قيود الطرق التقليدية".
قد تتيح هذه النتائج تحسينات كبيرة في دقة تطبيقات مثل LiDAR، وهو نظام لقياس المسافة والسرعة البصرية، ونظام GPS. ومع ذلك، يشير بريشت إلى أن الأمر سيستغرق بعض الوقت قبل أن تصبح هذه التقنية جاهزة للتطبيق التجاري.
للاطلاع على المقال: https://physics.aps