اكتشف الباحثون الذين يقومون بتطوير كمبيوتر كمي أن أحد المرشحين لاستخدامه كـ "شريحة كمومية" يتمتع بحساسية عالية للمجالات المغناطيسية
لقد قيل من قبل أن الماس هو أفضل صديق للفتاة. ومع ذلك، اكتشف فريق من الباحثين من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، والذي ضم أيضًا عالم فيزياء، مؤخرًا أن الأحجار الكريمة قد تكون أيضًا أفضل أصدقاء المرضى.
كان الهدف طويل المدى لهذا البحث هو تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، ولكنه أنتج أيضًا نتائج يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات أكثر فورية في العلوم الطبية. إن اكتشافهم، وهو أن أحد المرشحين لاستخدامه كـ "ألياف كمومية" لديه حساسية عالية للمجالات المغناطيسية، يشير إلى إمكانية تطوير أجهزة تشبه التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي النووي)، قادرة على فحص جزيئات الدواء الفردية والخلايا الحية.
يعد النظام المرشح، والذي يتكون من ذرة نيتروجين داخل بلورة ماسية، واعدًا ليس فقط بسبب قدرته على استشعار التغيرات المغناطيسية على المستوى الذري، ولكن أيضًا بسبب حقيقة أنه يعمل في درجة حرارة الغرفة. يجب تبريد معظم الأجهزة الأخرى المستخدمة في الحوسبة الكمومية أو الاستشعار المغناطيسي إلى ما يقرب من الصفر المطلق حتى تعمل، مما يجعل من الصعب وضعها بالقرب من الأنسجة الحية. ومع ذلك، فإن استخدام النيتروجين كجهاز استشعار أو مفتاح كهربائي يمكن تجنب هذا القيد.
عادة ما يحتوي الماس، الذي يتكون من الكربون النقي، على مستوى صغير من العيوب داخل الشبكة البلورية. ومن العيب الشائع "الفراغ النيتروجيني"، حيث يتم استبدال ذرتي الكربون بذرة نيتروجين واحدة، مع ترك أماكن الكربون الأصلية شاغرة. هذه الشواغر النيتروجينية مسؤولة جزئيًا عن بريق الماس الشهير، نظرًا لأنه يتوهج بالفعل: عندما يضربها الضوء الأخضر، ينبعث الإلكترونان المثاران غير المتزوجين من ذرة النيتروجين لونًا أحمر.
وتمكن الفريق من استخدام هذه التغييرات الطفيفة في الإشعاع لتحديد الدوران المغناطيسي لإلكترون واحد في النيتروجين. الدوران هو خاصية كمية ذات قيمة يمكن أن تكون "أعلى" أو "أسفل"، وبالتالي يمكن تمثيلها بالرقم واحد أو صفر في لغة ثنائية. وكان آخر إنجازات الفريق هو نقل هذه المعلومات الكمية بشكل متكرر بين إلكترون النيتروجين ونواة ذرات الكربون المجاورة، مما أدى إلى إنشاء دائرة كهربائية صغيرة قادرة على أداء العمليات المنطقية (نعم/لا، 0/1). كانت قراءة المعلومات المغزلية المنقولة على شكل بت كمي - وهي مهمة أساسية للكمبيوتر الكمي - تحديًا شاقًا، لكن الفريق أثبت الآن أنه من خلال تمرير المعلومات ذهابًا وإيابًا بين الإلكترون والنواة، يمكن تضخيم المعلومات بحيث فمن الأسهل القراءة.
ومع ذلك، يوضح عالم الفيزياء النظرية جاكوب تايلور أن النتائج "متقدمة وليست ثورية" بالنسبة لمجال الحوسبة الكمومية وقدرة عالم الطب على الحصول على فائدة عملية من نشاطه. ويتخيل الباحث أجهزة استشعار ذات أطراف ماسية، تجري اختبارات الرنين المغناطيسي على خلايا فردية داخل الجسم، أو على مواد تهتم شركات الأدوية باختبارها، وهي نوع من أجهزة المسح المجهري بالرنين المغناطيسي.
يوضح الباحث الرئيسي: "حتى اليوم، لم تكن هذه العمليات ممكنة، لأن المجالات المغناطيسية في كلتا الحالتين صغيرة جدًا". "ومع ذلك، فإن طريقتنا لها سمية قليلة جدًا ويمكن إجراؤها في درجة حرارة الغرفة. ستوفر لنا هذه الطريقة إمكانية "النظر" داخل خلية واحدة وتخيل ما يحدث بالضبط في نقاط مختلفة بداخلها."
الأخبار من معهد البحوث
تعليقات 4
@ نير:
لماذا تكون متشائما جدا؟
لن تستخدم معاهد التصوير بالرنين المغناطيسي مثل هذه الكميات الكبيرة من الماس. لا تحتاج إلى كمية كبيرة من الماس لتشغيل هذه الأجهزة. فكر عمليًا، من سيشتري جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي بتكلفة باهظة من الماس؟ من المحتمل أن يعملوا بفضل طبقات رقيقة من هذه البلورة - لذلك لن يكون لدى اللصوص ما يفعلونه في هذه الأماكن.
(كان هذا أيضًا لطمأنة القراء الآخرين الذين قد يلحقون بسلسلة الأفكار هذه)
"إن اكتشافهم، وهو أن أحد المرشحين لاستخدامه كـ "شريحة كمومية" لديه حساسية عالية للمجالات المغناطيسية، يشير إلى أن الأجهزة المشابهة للتصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي النووي)، القادرة على فحص جزيئات الدواء الفردية والخلايا الحية، يمكن أن تكون متطور."
هذه الجملة تذكرني بجملة مثل:
أمي، صديقتها، أخت زوجها، تبيع في المتجر.
"أخبرتك"
ملحوظة: هل هذا يعني أنه يمكنك استخدام النيتروجين للتبريد للحرارة "العادية" وخفض التكاليف؟
إن إغراء آلات التصوير بالرنين المغناطيسي القائمة على الألماس سيؤدي إلى قيام المجرمين بسرقة مراكز التصوير والمستشفيات، وليس فقط متاجر المجوهرات.
تخيل زوجًا من اللصوص المسلحين والمقنعين يقتحمون عيادة التصوير بالرنين المغناطيسي، ويصرخون للجميع "أيديكم مرفوعة، إنها سرقة"...