التقنيات الكمومية: رؤى جديدة في عمليات الموصلية الفائقة

إن تطوير حاسوب كمي يمكنه حل المشكلات، والتي لا يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية حلها إلا بجهد كبير أو لا يمكن حلها على الإطلاق – وهذا هو الهدف الذي يسعى إليه حاليًا عدد متزايد من فرق البحث في جميع أنحاء العالم. السبب: التأثيرات الكمومية، التي تنشأ من عالم أصغر الجسيمات والهياكل، تتيح العديد من التطبيقات التكنولوجية الجديدة. تعتبر ما يسمى بالموصلات الفائقة، والتي تسمح بمعالجة المعلومات والإشارات وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم، مكونات واعدة لتصنيع أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ومع ذلك، فإن النقطة الشائكة في الهياكل النانوية فائقة التوصيل هي أنها تعمل فقط في درجات حرارة منخفضة جدًا، وبالتالي يصعب تطبيقها في التطبيقات العملية. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });

قام باحثون في جامعة مونستر ومؤسسة Forschungszentrum Jülich الآن، ولأول مرة، بإظهار ما يعرف باسم تكميم الطاقة في الأسلاك النانوية المصنوعة من الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية - أي الموصلات الفائقة، التي ترتفع فيها درجة الحرارة حيث تسود التأثيرات الميكانيكية الكمومية. يفترض السلك النانوي فائق التوصيل بعد ذلك حالات طاقة مختارة فقط يمكن استخدامها لتشفير المعلومات. وفي الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، تمكن الباحثون أيضًا من ملاحظة امتصاص فوتون واحد، وهو جسيم ضوئي يعمل على نقل المعلومات، لأول مرة.

"من ناحية، يمكن لنتائجنا أن تساهم في استخدام تكنولوجيا التبريد المبسطة إلى حد كبير في التقنيات الكمومية في المستقبل، ومن ناحية أخرى، فإنها تقدم لنا رؤى جديدة تمامًا حول العمليات التي تحكم حالات التوصيل الفائق وديناميكياتها، والتي لا تزال قيد البحث". غير مفهومة"، يؤكد قائد الدراسة جون البروفيسور كارستن شوك من معهد الفيزياء بجامعة مونستر. ولذلك قد تكون النتائج ذات صلة بتطوير أنواع جديدة من تكنولوجيا الكمبيوتر. وقد نشرت الدراسة في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.

استخدم العلماء الموصلات الفائقة المصنوعة من عناصر الإيتريوم والباريوم وأكسيد النحاس والأكسجين، أو اختصارًا YBCO، والتي صنعوا منها بضعة أسلاك رفيعة نانومترية. عندما تقوم هذه الهياكل بإجراء تيار كهربائي، تحدث ديناميكيات فيزيائية تسمى "انزلاقات الطور". في حالة أسلاك YBCO النانوية، فإن تقلبات كثافة حامل الشحنة تسبب اختلافات في التيار الفائق. قام الباحثون بدراسة العمليات التي تتم في الأسلاك النانوية عند درجات حرارة أقل من 20 كلفن، وهو ما يعادل 253 درجة مئوية تحت الصفر. وبالاشتراك مع الحسابات النموذجية، أظهروا تكميمًا لحالات الطاقة في الأسلاك النانوية. تم العثور على درجة الحرارة التي دخلت عندها الأسلاك إلى الحالة الكمومية عند 12 إلى 13 كلفن، وهي درجة حرارة أعلى بعدة مئات المرات من درجة الحرارة المطلوبة للمواد المستخدمة عادة. وقد مكن هذا العلماء من إنتاج رنانات، أي أنظمة متذبذبة مضبوطة على ترددات محددة، مع عمر أطول بكثير وللحفاظ على الحالات الميكانيكية الكمومية لفترة أطول. وهذا شرط أساسي للتطوير طويل المدى لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكبر حجمًا.

ومن المكونات المهمة الأخرى لتطوير التقنيات الكمومية، وربما أيضًا للتشخيص الطبي، أجهزة الكشف التي يمكنها تسجيل حتى الفوتونات المفردة. تعمل مجموعة أبحاث كارستن شوك في جامعة مونستر منذ عدة سنوات على تطوير أجهزة كشف أحادية الفوتون تعتمد على الموصلات الفائقة. ما يعمل بشكل جيد بالفعل في درجات الحرارة المنخفضة، يحاول العلماء في جميع أنحاء العالم تحقيقه باستخدام الموصلات الفائقة في درجات الحرارة المرتفعة لأكثر من عقد من الزمن. وفي أسلاك YBCO المستخدمة في الدراسة، نجحت هذه المحاولة الآن للمرة الأولى. يقول المؤلف المشارك مارتن وولف من مجموعة أبحاث شوك: "إن النتائج الجديدة التي توصلنا إليها تمهد الطريق لأوصاف نظرية وتطورات تكنولوجية جديدة يمكن التحقق منها تجريبيا".

يمكنك التأكد من أن المحررين لدينا يراقبون عن كثب كل التعليقات المرسلة وسيتخذون الإجراءات المناسبة. آرائكم مهمة بالنسبة لنا.

يتم استخدام عنوان بريدك الإلكتروني فقط للسماح للمستلم بمعرفة من أرسل البريد الإلكتروني. لن يتم استخدام عنوانك أو عنوان المستلم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تدخلها في رسالة البريد الإلكتروني الخاصة بك ولن يتم الاحتفاظ بها بواسطة Phys.org بأي شكل من الأشكال.

احصل على التحديثات الأسبوعية و/أو اليومية التي يتم تسليمها إلى صندوق الوارد الخاص بك. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت ولن نشارك بياناتك مع أطراف ثالثة أبدًا.

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط للمساعدة في التنقل وتحليل استخدامك لخدماتنا وتوفير محتوى من أطراف ثالثة. باستخدام موقعنا، فإنك تقر بأنك قد قرأت وفهمت سياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.