باحثون يسيطرون على الخصائص الجوهرية للإلكترونيات الفردية

كشفت نتائج دراسة جديدة عن إمكانية التحكَم في كيفية تخزين المعلومات واستخدامها في أجهزة الكمبيوتر الكمية باستخدام شوكة رنانة، ووجد العلماء أنهم تمكنوا من السيطرة على الخصائص الجوهرية للإلكترونات الفردية وهي جسيمات صغيرة ذات شحنات سالبة، ووجد العلماء أنه يمكنهم عن طريق إطلاق مادة السليكون بموجات الميكرويف تغيير دوران الإلكترونات مما يسمى بالحالة المثارة إلى حالة الاسترخاء والهدوء، وعند حدوث ذلك فإن الإلكترونات تبعث طاقة في شكل جسيمات ضوئية تسمى "فوتون".

 
وأفاد الباحثون القائمون على هذا العمل بأن هذه الخطوة تعد الأولى نحو خلق هندسة كمبيوتر قادرة على استخدام دوران الإلكترونات باعتبارًا اللبنة الأساسية للكمبيوتر الكمي، وفى الكمبيوتر الكمي يتم ترميز البيانات من خلال دوران الإلكترون الفردي، ولكن على عكس أجهزة الكمبيوتر العادية التي تقوم بترميز البيانات باللغة الثنائية 0 و1، فإن البت الكمية أو ما يعرف بـ "الكوانتم بت" يمكنها ترميز البيانات في ثلاث حالات في آن واحد بدلا من الحالة الثنائية التقليدية، ما يعني إمكانية إجراء عمليات حسابية متعددة في نفس الوقت وتخزين بيانات أكثر بكثير من البتات العادية. وعلى سبيل المثال فإن جهاز الكمبيوتر الذي يضم 100 كوانتم بت يمكنه تشفير العاب الهواتف الذكية مثل "الطيور الغاضبة" والتي عادة ما تستخدم 40 ألف بت تقليدية لتشغيلها.
 
وواجه العلماء تحديا في السيطرة على الدولة من خلال الإلكترونات بطريقة مستقرة، وذكر عالم الإلكترونيات الكمية في اللجنة الفرنسية للطاقة الذرية الدكتور باتريس بيرتيت، والذي قاد البحث "تعد نتائجنا هامة جدا لمعالجة المعلومات الكمية، وفى الواقع هي الخطوة الأولى نحو ترابط الإلكترونات الفردية وهو ما يمكن أن يشكل الأساس لهندسة كمبيوتر كمية جديدة".

 
واستخدم الباحثون شكلًا نقيًا من السليكون مع ذرات البزموت، مع وضع دائرة فائقة التوصيل من الألومنيوم في الأعلى لإنشاء تجويف يمكن استخدامه لضبط موجات الميكرويف بطريقة معينة، بحيث تنتقل الإلكترونات من حالة الغثارة إلى حالة الهدوء حتى تطلق الفوتون، ما يعنى أن الباحثين استطاعوا الحصول على معلومات من حالة دوران الإلكترون بطريقة يمكن التحكم فيها.
 
وأوضح البروفيسور جون مورتون المؤلفا المشارك في الدراسة والباحث في مركز لندن لتقنية النانو أن هذ النتائج يمكن أن تؤدي إلى إنشاء حواسب كمية تستخدم الفوتونات لنقل المعلومات بين الكوانتم بت، مضيفا " هدفنا هو إيجاد رابط بين المعلومات الكمية المثبتة والمعلومات الكمية التي يمكن نقلها عن طريق الفوتونات، وما نحتاجه الأن هو إيجاد طريقة لربط هذه الأنظمة ببعضها، نحن بحاجة إلى ربط الكوانتم بت التي يمكنها أداء العمليات الحسابية".
 
ويعتزم الباحثون تحسين العملية بحيث يمكن إجراءها في درجات الحرارة المرتفعة مع زيادة سرعتها، وأضاف عالم الفيزياء في مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا الدكتور توماس شنكل، "قمنا بخدعة جديدة في مادة السليكون فلا يتوقع أحد أن نستخرج منه شيء، ونتطلع حاليا إلى تحسين السيكون مع ذرات البزموت والتحكم في خصائص دوران المواد الأخرى واستخدام هذه التقنية التجريبية لهذ المواد".