إنجاز كبير في كولونيا: الأسلاك النانوية فائقة التوصيل تعزز أجهزة الكمبيوتر الكمومية!

إنجاز كبير في كولونيا: الأسلاك النانوية فائقة التوصيل تعزز أجهزة الكمبيوتر الكمومية!

حقق الفيزيائيون في جامعة كولونيا تقدمًا كبيرًا في مجال تكنولوجيا الحوسبة الكمومية. اكتشفوا تأثير التوصيل الفائق في الأسلاك النانوية المصنوعة من العوازل الطوبولوجية. نُشرت هذه النتائج في مجلة "Nature Physics" وتمثل خطوة مهمة في تطوير البتات الكمومية (qubits) الأكثر استقرارًا. تحمل الدراسة عنوان "انعكاس أندريف طويل المدى في الأسلاك النانوية العازلة الطوبولوجية التي يقترب منها موصل فائق"، كما أفاد [uni-koeln.de].

إن الاكتشاف الحاسم لانعكاس Crossed Andreev (CAR) في الأسلاك النانوية يمكن أن يضع الأساس لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية. هذا الانعكاس هو تأثير كمي حيث تقترن الإلكترونات المحقونة في الأسلاك النانوية بإلكترونات أخرى لتكوين أزواج كوبر فائقة التوصيل. في هذه الدراسة، تم تطوير نهج مبتكر لتصنيع الأسلاك النانوية يؤدي إلى هياكل أنظف، وهو أمر بالغ الأهمية لتحفيز الارتباطات فائقة التوصيل في العوازل الطوبولوجية.

النتائج الرئيسية والخطوات المستقبلية

تحت إشراف الدكتور جونيا فنغ والبروفيسور الدكتور يويتشي أندو، يُظهر البحث منظورًا واعدًا حول استخدام فرميونات ماجورانا لتطوير بتات كمومية قوية. غالبًا ما تكون تقنيات الكيوبت الحالية غير مستقرة وعرضة للخطأ، لكن القدرة على إنشاء حالات كمومية خاصة يمكن أن تؤدي إلى تحول نموذجي في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية. الخطوة التالية للباحثين هي مراقبة فرميونات ماجورانا والتحكم فيها في هذه الأنظمة.

يعد التعاون مع جامعة بازل ومجموعة التميز "المادة والضوء للمعلومات الكمومية" (ML4Q) أمرًا بالغ الأهمية. تأسست ML4Q في عام 2019 وتجمع علماء من جامعات كولونيا وآخن وبون ومركز الأبحاث يوليش. الهدف الرئيسي للاتحاد هو البحث في مجال الحوسبة الكمومية وتطوير أجهزة وبرمجيات كمومية جديدة.

العوازل الطوبولوجية ومعناها

تلعب العوازل الطوبولوجية (TI) دورًا مركزيًا في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية. والغرض منها هو أن تكون أساسًا لبناء الكيوبتات المستقرة، ولا سيما من خلال توليد فرميونات ماجورانا. يمكن أن تظهر هذه الجسيمات الخاصة في الطوبولوجيات التي تنتج مادة ذات موصلية فائقة طوبولوجية. وفقًا لـ [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov]، يُظهر التحقيق في خصائص النقل للمعادن العادية / العازل المغناطيسي الحديدي / تقاطعات الموصلات الفائقة أن أنماط ماجورانا اللولبية تنشأ والتي يمكن أن تتأثر بشدة باتجاه المغنطة.

هذه الاكتشافات ليس لها تطبيقات عملية فحسب، بل لها أيضًا آثار نظرية أعمق لأسس ميكانيكا الكم. إن القدرة على إنشاء أطوار جديدة من المادة والتحكم فيها يمكن أن تتيح تقدمًا رائدًا في الحوسبة الكمومية.

أحد الأمثلة الحديثة على التطبيقات العملية لفرميونات ماجورانا والعوازل الطوبولوجية هو إعلان مايكروسوفت عن ماجورانا 1، وهو أول معالج كمي في العالم يعتمد على بنية أساسية طوبولوجية. وفقًا لموقع [azure.microsoft.com]، تم تصميم Majorana 1 ليكون قابلاً للتطوير إلى ما يصل إلى مليون كيوبت على شريحة واحدة. يمكن أن تؤدي هذه التكنولوجيا إلى أن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية أداة قياسية في علوم المواد والزراعة والاكتشافات الكيميائية في السنوات المقبلة.

يمكن للتقدم الحالي في الحوسبة الكمومية أن يغير الطريقة التي نعالج بها المعلومات ويكون له تأثيرات كبيرة على العديد من مجالات العلوم. وبالتالي فإن الطريق إلى تطوير الجيل التالي من أجهزة الكمبيوتر الكمومية سوف يتشكل بشكل حاسم من خلال نتائج مثل تلك التي توصلت إليها جامعة كولونيا.