إن تطوير حاسوب كمي قادر على حل المشكلات التي لا تستطيع الحواسيب التقليدية حلها إلا بجهد كبير أو لا تستطيع حلها على الإطلاق هو الهدف الذي تسعى إليه حاليًا فرق بحثية متزايدة باستمرار حول العالم. والسبب: أن التأثيرات الكمومية، التي تنشأ من عالم أصغر الجسيمات والهياكل، تتيح العديد من التطبيقات التكنولوجية الجديدة. وتُعتبر الموصلات الفائقة، التي تسمح بمعالجة المعلومات والإشارات وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم، مكونات واعدة لتحقيق الحواسيب الكمومية. ومع ذلك، فإن إحدى نقاط الضعف في البنى النانوية فائقة التوصيل هي أنها لا تعمل إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية، وبالتالي يصعب إدخالها في التطبيقات العملية.
أظهر باحثون في جامعة مونستر ومركز يوليش للأبحاث، ولأول مرة، ما يُعرف بتكميم الطاقة في أسلاك نانوية مصنوعة من موصلات فائقة عالية الحرارة، أي الموصلات الفائقة التي ترتفع درجة حرارتها دونها، فتسود فيها تأثيرات ميكانيكا الكم. يتخذ السلك النانوي فائق التوصيل حالات طاقة محددة فقط، تُستخدم لتشفير المعلومات. وفي الموصلات الفائقة عالية الحرارة، تمكن الباحثون أيضًا، ولأول مرة، من رصد امتصاص فوتون واحد، وهو جسيم ضوئي يُستخدم لنقل المعلومات.
يؤكد البروفيسور كارستن شوك، قائد الدراسة من معهد الفيزياء بجامعة مونستر، قائلاً: "من جهة، يمكن أن تُسهم نتائجنا في استخدام تقنيات تبريد مُبسّطة إلى حد كبير في تقنيات الكم مستقبلًا، ومن جهة أخرى، تُقدّم لنا رؤى جديدة كليًا حول العمليات التي تُنظّم حالات التوصيل الفائق وديناميكياتها، والتي لا تزال غير مفهومة". لذا، قد تُسهم هذه النتائج في تطوير أنواع جديدة من تقنيات الحاسوب. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications.
استخدم العلماء موصلات فائقة مصنوعة من عناصر الإيتريوم والباريوم وأكسيد النحاس والأكسجين، أو ما يُعرف اختصارًا بـ YBCO، وصنعوا منها أسلاكًا بسمك بضعة نانومتر. عندما تُوصل هذه الهياكل التيار الكهربائي، تحدث ديناميكيات فيزيائية تُسمى "انزلاقات الطور". في حالة أسلاك YBCO النانوية، تُسبب تقلبات كثافة حامل الشحنة اختلافات في التيار الفائق. درس الباحثون العمليات التي تجري في الأسلاك النانوية عند درجات حرارة أقل من 20 كلفن، أي ما يُعادل سالب 253 درجة مئوية. وبالاشتراك مع حسابات النماذج، أظهروا تكميمًا لحالات الطاقة في الأسلاك النانوية. وُجد أن درجة الحرارة التي دخلت عندها الأسلاك الحالة الكمومية تتراوح بين 12 و13 كلفن، وهي درجة حرارة أعلى بمئات المرات من درجة الحرارة المطلوبة للمواد المستخدمة عادةً. مكّن هذا العلماء من إنتاج مرنانات، أي أنظمة متذبذبة مُضبوطة على ترددات محددة، ذات أعمار أطول بكثير، والحفاظ على الحالات الميكانيكية الكمومية لفترة أطول. وهذا شرط أساسي لتطوير أجهزة كمبيوتر كمية أكبر حجمًا على المدى الطويل.
من المكونات المهمة الأخرى لتطوير تقنيات الكم، وربما أيضًا للتشخيصات الطبية، الكواشف القادرة على تسجيل حتى الفوتونات المفردة. تعمل مجموعة أبحاث كارستن شوك في جامعة مونستر منذ عدة سنوات على تطوير مثل هذه الكواشف للفوتونات المفردة القائمة على الموصلات الفائقة. ما يعمل جيدًا بالفعل في درجات الحرارة المنخفضة، يحاول العلماء في جميع أنحاء العالم تحقيقه باستخدام الموصلات الفائقة عالية الحرارة لأكثر من عقد. في أسلاك YBCO النانوية المستخدمة في الدراسة، نجحت هذه المحاولة الآن لأول مرة. يقول مارتن وولف، المؤلف المشارك من مجموعة أبحاث شوك: "تمهد نتائجنا الجديدة الطريق لأوصاف نظرية جديدة قابلة للتحقق تجريبيًا وتطورات تكنولوجية".
كن على ثقة بأن محررينا يتابعون عن كثب كل تعليق يُرسلونه، وسيتخذون الإجراءات المناسبة. آراءكم تهمنا.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المُستلِم بهوية مُرسِل البريد الإلكتروني. لن يُستخدم عنوانك أو عنوان المُستلِم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في رسالتك الإلكترونية، ولن تحتفظ بها Phys.org بأي شكل من الأشكال.
احصل على تحديثات أسبوعية و/أو يومية تصل إلى بريدك الإلكتروني. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت، ولن نشارك بياناتك مع أي جهات خارجية.
يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط (الكوكيز) لتسهيل تصفح الموقع، وتحليل استخدامك لخدماتنا، وتوفير محتوى من جهات خارجية. باستخدامك موقعنا، فإنك تُقر بقراءتك وفهمك لسياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.
وقت النشر: ٧ أبريل ٢٠٢٠