أعاد باحثون في جامعة RPTU كايزرسلاوترن-لانداو محاكاة وصلة جوزيفسون باستخدام ذرات فائقة البرودة، كاشفين عن تأثيرات كمومية رئيسية كانت مخفية سابقًا في الموصلات الفائقة. بفصل تكثيفات بوز-أينشتاين باستخدام حاجز ليزر متحرك، لاحظوا خطوات شapiro، مؤكدين عالمية الظاهرة. النتائج، المنشورة في Science، تربط بين الأنظمة الكمومية الذرية والإلكترونية.
تلعب وصلات جوزيفسون دورًا حيويًا في التقنيات الكمومية، مما يمكن من قياسات دقيقة للجهد ويشكل نواة الحواسيب الكمومية. تتكون من موصلين فائقين مفصولين بمادة عازلة رقيقة، لكن عملياتها الكمومية صعبة الملاحظة مباشرة بسبب مقياسها المجهري.
للتغلب على ذلك، استخدم فريق بقيادة هرويغ أوت في جامعة RPTU كايزرسلاوترن-لانداو محاكاة كمومية بذرات فائقة البرودة. أنشأوا تكثيفين بوز-أينشتاين وفصلوهما باستخدام حاجز بصري ضيق من شعاع ليزر مركز. بتحريك هذا الحاجز دوريًا، قلدوا تأثير إشعاع الموجات الدقيقة على وصلة جوزيفسون تقليدية.
أنتج التجربة خطوات شapiro واضحة — هضاب جهد كمومية عند مضاعفات تردد التشغيل. ظهرت هذه الخطوات، التي تدعم المعيار العالمي للجهد، في النظام الذري تمامًا كما في الأجهزة الموصلة فائقًا. "في تجربةنا، تمكنا من تصور الإثارة الناتجة لأول مرة. حقيقة أن هذا التأثير يظهر الآن في نظام فيزيائي مختلف تمامًا — مجموعة من الذرات فائقة البرودة — تؤكد أن خطوات شapiro ظاهرة عالمية"، قال أوت.
أجرى الدراسة مع المنظرين لودفيغ ماثي من جامعة هامبورغ وليجي أميكو من معهد الابتكار التكنولوجي في أبوظبي، مما يظهر كيف تكشف المحاكاة الكمومية عن فيزياء مخفية. كما شرح أوت: "يتم نقل تأثير ميكانيكي كمومي من فيزياء الحالة الصلبة إلى نظام مختلف تمامًا — ومع ذلك تبقى جوهره نفسه. هذا يبني جسورًا بين عوالم الكم للإلكترونات والذرات".
أبرز إريك بيرنهارت، الذي أجرى التجارب أثناء بحثه الدكتوراه، الإمكانيات المستقبلية: "مثل هذه الدوائر مناسبة بشكل خاص لملاحظة التأثيرات المتماسكة، أي التأثيرات الموجية". يهدف الفريق إلى ربط وصلات ذرية متعددة في دوائر للأتومترونيكس، مما يسمح بملاحظة مباشرة للسلوك الكمومي الذري، بخلاف حركات الإلكترونات الغامضة في المواد الصلبة.
نُشر في Science (2025؛ 390 (6778): 1130)، يتقدم العمل في فهم العالمية الكمومية والتطبيقات في مجالات مثل التصوير الدماغي بالمغناطيسية الدماغية.
