قادت الصورة الجديدة ل”جسيمات ماجورانا” علماء الفيزياء للاقتراب من تسخير الأشياء الغامضة للحوسبة الكمومية. هذه الأجسام الغريبة -الجسيمات التي تعمل كجسيمات مضادة لنفسها- لها إمكانات هائلة غير مستغلة حتى الآن لتعمل كـ بتات كمومية Qubits، البتات الكمومية التي تمثل الوحدات الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمومية.
إنها مكافئة للبتات الثنائية في الكمبيوتر التقليدي، ولكن تمثل البتات العادية 1 أو 0 فقط بينما البتات الكمومية يمكن أن تكون إما 1 أو 0 أو كليهما في نفس الوقت، وهي حالة تعرف باسم التراكب الكمي Quantum Superposition. من الصعب الحفاظ على التراكب الكمي على الرغم من تقدمنا في هذا المجال.
تأتي أشباه جسيمات ماجورانا من الإثارة في السلوك الجماعي للإلكترونات التي تعمل مثل فرميون ماجورانا ولديها عدد من الخصائص التي تجعلها مرشحًا جذابًا لتكون بتات كمومية.
عادة ما يقوم الجسيم والجسيم المضاد بإبادة بعضهما البعض، لكن أشباه جسيمات ماجورانا المتشابكة ناتجة من تقسيم الإلكترون إلى نصفين مستقرين بشكل مدهش، بالإضافة إلى ذلك، يتذكران كيف تم نقلهم وهي خاصية يمكن استغلالها لتخزين المعلومات.
لكن يجب أن تبقى أشباه الجسيمات مفصولة بمسافة كافية. يمكن القيام بذلك باستخدام أسلاك نانوية خاصة.
فريق من الفيزيائيين في جامعة إلينوي في شيكاغو University of Illinois at Chicago وجامعة هامبورغ University of Hamburg بألمانيا اتبعوا طريقة مختلفة.
لقد بدأوا بموصل فائق من الرينيوم Rhenium، وهي مادة توصل الكهرباء دون مقاومة عند تبريدها إلى حوالي 6 كلفن (-267 درجة مئوية).
سرب الباحثون جزرًا نانوية ذات طبقة واحدة من ذرات الحديد المغناطيسي على قمة هذه الموصلات الفائقة. هذا يصنع ما يعرف باسم الموصل الفائق الطوبولوجي، أي الموصل الفائق الذي يحتوي على عقدة طوبولوجية.
يوضح الفيزيائي ديرك مور Dirk Morr من جامعة إلينوي في شيكاغو: «هذه العقدة الطوبوغرافية تشبه الفتحة الموجودة في كعكة الدونات donut، يمكنك تشويه الكعكة إلى كوب قهوة دون أن تفقد الفتحة، ولكن إذا كنت تريد تدمير الفتحة، فعليك القيام بشيء مثير للغاية، مثل تناول الكعكة».
عندما تتدفق الإلكترونات عبر الموصل الفائق، توقع الفريق أن تظهر فرميونات ماجورانا في وضع أحادي البعد عند حواف الجزر الحديدية حول ما يسمى بفتحة الدونات. يمكن رؤية هذا مرئيًا كخط ساطع وذلك باستخدام مجهر المسح النفقي Scanning Tunneling Microscope (STM) وهو أداة تستخدم لتصوير الأسطح على المستوى الذري.
هذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها تصوير فرميونات ماجورانا، لكنها تمثل خطوة للأمام، فقد كشف فريق آخر من الباحثين أنهم تمكنوا من تشغيل أشباه جسيمات ماجورانا وإيقافها في الشهر الماضي. لكن القدرة على تصور هذه الجسيمات، كما قال الباحثون، تقربنا من استخدامها كـ بتات كمومية.
وقال مور: «ستكون الخطوة التالية هي معرفة كيف يمكننا هندسة بتات ماجورانا الكمومية هذه على رقائق كمية والتلاعب بها للحصول على زيادة هائلة في قوتنا الحاسوبية».
اقرأ أيضًا:
الجسيم الملاك: جسيم هو نفسه الجسيم المضاد لنفسه
لماذا تتفانى الجسيمات مع جسيماتها المضادة، على عكس الجسيمات المتعاكسة الشحنة الأخرى؟
ترجمة: سرمد يحيى
تدقيق: سلمى توفيق
