كيف يمكن للمعلومات الكمومية أن تنتقل من ذرة إلى أخرى؟
إن التطور المعرفي في مجال (الفيزياء الكمية – Quantum Physics) دائمًا ما يكون المحرك الأساسي للطفرات التكنولوجية الحديثة.
بفضل التقنيات الكمومية قد نتمكن من تصميم أنواع جديدة من (الحساسات – Sensors)، وطرق نقل أكثر أمانًا للبيانات، أو حواسيب كمومية.
لكن العائق الأساسي أمامنا هو إيجاد الطريقة الصحيحة للمزاوجة بين عدد من (الأنظمة الكمومية – Quantum systems) كالذرات مثلا.
وجد فريق من الباحثين من جامعتي (هارفرد – Harvard University) و(فيينا -TU Wien) وسيلة جديدة لنقل المعلومات الكمومية.
اقترح العلماء استخدام اهتزازات ميكانيكية صغيرة، إذ يتم المزاوجة بين الذرات باستخدام (الفونونات – phonons)، وهي أصغر وحدة ميكانيكية كمومية للاهتزازات أو الموجات الصوتية.
ماسات صغيرة مع شوائب متعمدة
«نحن نختبر ماساتٍ صغيرةً مدمجة مع ذرات سيليكون، هذه الأنظمة الكمومية واعدة جدًا».
يقول البروفيسور (بيتر رابل – Peter Rabl) من جامعة فيينا، وأضاف أيضًا: «في الطبيعة، يتكون الألماس من الكربون فقط، لكن إضافة ذرات السيليكون يخلق شوائب في الشبكة البلورية حيث يمكن تخزين المعلومات الكمومية».
هذه العيوب في الشبكة البلورية يمكن استخدامها كقاطعة يمكن تبديلها بين وضعين باستخدام الأمواج الميكروية: وضع الطاقة العالية ووضع الطاقة المنخفضة.
مع فريق من جامعة هارفرد تمكنت مجموعة بيتر رابل البحثية من تطوير فكرة جديدة لتحقيق المزاوجة المطلوبة بين هذه الأنظمة الكمومية داخل البلورة، إذ يتم إدخالها واحدة تلو الأخرى في قضيب دقيق من الألماس طوله لا يتجاوز بضعة ميكرومترات، ثم يُستحث القضيب للاهتزاز، لكن هذه الاهتزازات صغيرة جدًا إلى درجة لا يمكن وصفها إلا باستخدام (النظرية الكمومية – Quantumا theory).
باستخدام هذه الاهتزازات يمكن لذرات السيليكون أن تشكل روابطًا ميكانيكية كمومية فيما بينها.
يشرح بيتر أنه كما يتكون الضوء من فوتونات، يمكن اعتبار الموجات الصوتية أو الميكانيكية مكونة من فونونات، وقد أظهر الباحثون باستخدام الحسابات والمحاكاة إمكانية ربط أي عدد من الأنظمة الكمومية ضمن القضيب الألماسي باستخدام تلك الفونونات.
يتم تغيير حالة ذرات السيليكون باستخدام الأمواج الميكروية، وخلال هذه العملية يمكن للذرات امتصاص وإطلاق فونونات، وهذا ما يخلق حالة التشابك بين مختلف الشوائب في البلورة، وبالتالي يتم نقل المعلومات الكمومية.
الطريق إلى شبكات كمومية كبيرة الحجم
حتى الآن لم يكن واضحًا أن استخدام الفونونات بهذا الشكل ممكنًا، فيقول بيتر: «غالبًا ما تتوقع أن يتم امتصاص الفونونات في مكان ما أو أن تتفاعل مع البيئة الخارجية وتفقد بذلك خصائصها الكمومية، لكن حساباتنا تظهر أن التحكم بها جيدًا باستخدام الموجات الميكروية من الممكن أن يتيح استخدامها في التطبيقات التقنية».
أمّا أهم مزايا هذه التكنولوجيا فهي كونها قابلة للتطبيق على مستوى كبير.
«يوجد العديد من الأفكار لأنظمة كمومية يمكن من حيث المبدأ استخدامها في التطبيقات التكنولوجية، لكن المشكلة الأكبر في صعوبة ربط عددٍ كافٍ منها لإجراء عمليات الحوسبة الكمومية المعقدة»، يقول بيتر.
هذه الاستراتيجية في استخدام الفونونات قد تمهد الطريق نحو نموذج قابل للتطوير من التكنولوجيا الكمومية.
- ترجمة: مهران يوسف
- تدقيق: علي فرغلي
- تحرير: ناجية الأحمد
- المصدر
