علماء يدفعون الذرات “للتحدث” مع بعضها البعض | علوم

في تطور قد يغير وجه التكنولوجيا، أعلن باحثون من جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية عن نجاحهم في جعل أنوية الذرات تتحدث مع بعضها البعض داخل رقاقة من السيليكون فائق النقاوة.

ما يبدو للوهلة الأولى أشبه بالخيال العلمي هو في الحقيقة إنجاز علمي يمهد الطريق لبناء حواسيب كمّية قابلة للتطوير، باستخدام نفس المواد والتقنيات التي تقوم عليها صناعة الرقائق الإلكترونية اليوم.

وتمكّن الفريق البحثي، بحسب الدراسة المنشورة في دورية “ساينس” المرموقة، من مشابكة أنوية ذرات الفسفور المزروعة داخل السيليكون كميا، عبر إلكترونات تعمل كوسيط لنقل المعلومات الكمية بين هذه الأنوية.

وبحسب الدراسة، فإن الفريق البحثي حافظ على مستوى الخطأ في العمليات الكمية أقل من 1% تقريبا، هذا الرقم ممتاز مقارنة بالتجارب السابقة، لأنه في كثير من الأحيان كان معدل الخطأ أعلى بكثير، مما يجعل من الصعب تشغيل خوارزميات معقدة.

على مستوى الذرات

المسافة بين الذرات كانت في حدود 20 نانومترا فقط، وهو مقياس بالغ الدقة يوازي أبعاد البنى الإلكترونية الدقيقة في الرقائق الحديثة.

فمثلا يبلغ قطر شعرة الإنسان حوالي 80 ألفا إلى 100 ألف نانومتر، أي أن المسافة بين الذرتين التي تحدث عنها الباحثون (20 نانومترا) تعادل تقريبا واحدا على 4 آلاف من سمك شعرة بشرية، تخيل أنك قسمت شعرة رأسك إلى 4 آلاف شريحة رفيعة، فإن شريحة واحدة منها تمثل تقريبا هذه المسافة.

التشابك الكمّي ظاهرة غريبة في عالم الفيزياء تجعل جسيمين (مثل إلكترونين أو فوتونين) يرتبطان ببعضهما ارتباطا عميقا، بحيث إن أي تغيير يحدث لأحدهما ينعكس فورا على الآخر، حتى لو كانا على مسافات شاسعة، وكأنهما “مرآتان” تعكسان حالة بعضهما لحظة بلحظة، لكن بدون وجود سلك أو إشارة مرئية تربط بينهما.

المثير أن هذا الترابط لا يتأثر بالمسافة، حيث يمكن أن يكون الجسيمان متجاورين في المختبر أو على طرفي الكون، وسيظلان “متشابكين”.

تطبيقات واعدة

هذه الخاصية هي ما يجعل التشابك الكمي أساسا للحوسبة الكمية والاتصالات الآمنة، لأنه يسمح بنقل المعلومات بطريقة لا يمكن للنُظم التقليدية أن تضاهيها.

لوقت طويل، كان التحدي الأكبر بالنسبة للعلماء هو الموازنة بين قرب الأنوية الذرية من بعضها البعض، الأمر الذي يسمح لها بالتفاعل، وبين الحاجة إلى عزلها عن “الضوضاء” البيئية التي تُفسد استقرار حالتها الكمية. والإنجاز الجديد نجح في حل هذه المعضلة عبر السماح للأنوية بالتواصل عن بعد نسبي، دون فقدان الاستقرار المطلوب.

هذا يعني، بحسب بيان صحفي رسمي صادر من الجامعة، أن العلماء أصبحوا أقرب إلى بناء معالجات كمية تعمل داخل بيئة السيليكون، أي المادة نفسها التي صنعت الثورة الرقمية في القرن الـ20.

الفرق أن الرقائق المقبلة لن تقتصر على الحسابات التقليدية، بل ستفتح الباب أمام معالجة مشكلات معقدة في الكيمياء، والذكاء الاصطناعي، والفيزياء، لا تستطيع الحواسيب الحالية حلها في وقت معقول.