ثورة جديدة في الحوسبة الكمومية: رصد حركة الإلكترون بأقصى سرعة على الإطلاق
28 نوفمبر , 2022
28 نوفمبر , 2022
تقنية جديدة تتيح سرعات معالجة أسرع بملايين إلى مليار مرة من أجهزة الكمبيوتر الحالية مما يحفز التقدم في فيزياء الأجسام المتعددة.
في الوقت الحالي جميع تقنيات أجهزة الكمبيوتر محدودة بالفعل بسرعة حركة الإلكترون، لأن أسرع سرعة ممكنة لنقل المعلومات هي بالطبع سرعة الضوء، وسرعة الإلكترون هي بالفعل جزء كبير من هذا. يسعى العلماء أن تكون التحسينات المستقبلية ليست في سرعة أجهزة الكمبيوتر فحسب، بل في سرعة الحساب أيضًا.
نشرت مجلة نيتشر العلمية بحثًا فريدًا عن فريق جامعة ميتشجن والذي سوف يُحدث طفرة في مجال الفيزياء الكمّية.
يشير البحث إلى إمكانية رصد حركة الإلكترونات بزيادات مقدارها واحد على جزء من المليون من الثانية مما يوفر سرعات معالجة تصل إلى مليار مرة أسرع مما هو ممكن حاليًا. بالإضافة إلى ذلك، يقدم البحث أداة “تغير قواعد اللعبة” في دراسة فيزياء الأجسام المتعددة.
لرصد حركة الإلكترون داخل المواد الكمومية ثنائية الأبعاد، يستخدم الباحثون عادةً دفعات قصيرة من الضوء فوق البنفسجي الشديد المركّز (XUV). يمكن لهذه الدفقات أن تكشف عن نشاط الإلكترونات المرتبطة بنواة الذرة. لكن الكميات الكبيرة من الطاقة المصاحبة لتلك الدفقات تمنع المراقبة الواضحة للإلكترونات التي تنتقل عبر أشباه الموصلات – كما هو الحال في أجهزة الكمبيوتر الحالية وفي المواد قيد الاستكشاف لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
استخدم علماء جامعة ميتشجن نبضتين ضوئيتين بمقاييس طاقة تتطابق مع إلكترونات أشباه الموصلات المنقولة.
حيث تحول النبضة الأولى من ضوء الأشعة تحت الحمراء الإلكترونات إلى حالة تسمح لها بالسفر عبر المادة، أما الثانية نبضة تيراهيرتز منخفضة الطاقة، والتي تجبر تلك الإلكترونات على سلوك مسارات تصادم وجهًا لوجه يتم التحكم فيها لينتج انفجارات ضوئية.
صُورت كيفية تغيير هاتين النبضتين للحالة الكمومية للإلكترون ثم عُبر عنها كدالة زمنية تعبر عن توقيت هذه التفاعلات باستخدام المعلومات والمواد الكمومية المختلفة بدقة أسرع مائة مرة.
يعمل معالج الكمبيوتر الحالي بالجيجاهيرتز، ما يعادل جزء من المليار من الثانية لكل عملية ويعتبر هذا بطيئًا للغاية في الحوسبة الكمومية، لأن الإلكترونات داخل رقاقة الكمبيوتر تتصادم تريليونات المرات في الثانية وينهي كل تصادم دورة الحوسبة الكمومية.
ما نحتاجه هو لقطات لحركة الإلكترون أسرع بمليار مرة من أجل تطوير الأداء.
والجدير بالذكر أن العديد من التفاعلات التي تحدث داخل الجسد هي القوى الدافعة لتطوير خصائص المواد الصلبة – بدءً من الأعمال البصرية والإلكترونية إلى التحولات الطورية المثيرة للاهتمام، ولكن كان من الصعب الوصول إليها بدقة. يمكن أن تصبح أداة الساعة ذات الحالة الصلبة مغيرًا حقيقيًا للعبة، مما يسمح لنا بتصميم مواد كمومية جديدة بخصائص مصممة بدقة أكبر والمساعدة في تطوير منصات مواد جديدة لتقنية المعلومات الكمومية في المستقبل.
يمكن أن تمر المواد الكمومية بمراحل مغناطيسية قوية أو فائقة التوصيل أو فائقة السيولة، وتمثل الحوسبة الكمومية إمكانية حل المشكلات التي قد تستغرق وقتًا طويلاً في أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. سيؤدي دفع مثل هذه القدرات الكمومية في النهاية إلى إيجاد حلول للمشاكل التي يصعب الوصول إليها حاليًا، وذلك من خلال الملاحظة العلمية الدقيقة.
وأخيرًا، يجب أن نعلم أنه لم يتمكن أحد من بناء كمبيوتر كمومي قابل للتطوير ومتحمل للأخطاء حتى الآن، ولا نعرف حتى كيف سيبدو ذلك. لكن الأبحاث الأساسية مثل دراسة كيفية عمل الحركة الإلكترونية في المواد الصلبة على المستويات الأساسية قد تعطينا فكرة تقودنا في الاتجاه الصحيح.
المصادر:
بقلم: مروة صقر
مراجعة وتدقيق: زينب محمد
اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية
اترك تعليقاً