لقد فتحت الجزيئات العضوية إمكانية جديدة ومثيرة للاهتمام لتطوير كمبيوتر كمي فعال ومستقر. من ناحية، تعتبر جزيئات الكربون أكثر استقرارًا وتسمح بالحساب بكمية أكبر من الكيوبتات، ومن ناحية أخرى، لا يزال التحكم الدقيق في الجزيئات في بداياته
إن الثورة الكمومية الثانية جارية بالفعل. ستحدث أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على الخصائص الكمومية ثورة في العالم في مجموعة متنوعة من المجالات. إن عصر أجهزة الكمبيوتر الكمومية العامة (المتفوقة في كفاءة الحساب والتكيف مع البرمجة) سوف يحل المشكلات المعقدة التي لا يستطيع أي كمبيوتر عملاق اليوم حسابها في وقت معقول. تقوم أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على الترانزستور (أجهزة الكمبيوتر المنزلية) بتشفير المعلومات التي بحوزتها باستخدام الطريقة الثنائية. تتم ترجمة كل جزء من المعلومات ("بت") إلى سلسلة فريدة تتكون من الرقمين 1 و0. المعلومات الرقمية هي في الواقع التيار المتدفق عبر الترانزستورات التي يتكون منها المعالج - عندما يمر التيار عبر الترانزستور نسمي البت 1 وعندما لا يوجد تيار فإنه يمثل الرقم 0.
في عام 1997، قدم المنظران دانييل لوس وديفيد ديفينسينزو لأول مرة الشروط الأساسية لإنشاء كمبيوتر كمي. بالمقارنة مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، فإن الجزء الأساسي من المعلومات في الكمبيوتر الكمي يسمى "الكيوبت" والذي يتكون في الواقع من جسيم واحد. يمتلك الجسيم خاصية كمية تسمى الدوران، وهي تصف بكلمات بسيطة الاتجاه الذي يدور فيه الجسيم حول نفسه، تمامًا كما تدور الأرض حول نفسها بالنسبة إلى محور محدد. تتم ترجمة القيمة الرقمية من كل جسيم بالنسبة إلى المحور الذي يدور فيه الجسيم. إذا كان المحور موجهًا نحو "القطب الشمالي" للجسيم، فسنسمي قيمة الدوران 1، وبالنسبة إلى "القطب الجنوبي" 0. إذا تم الاحتفاظ بالجسيم في الظروف المناسبة، فيمكنه "الدوران" حول كلا المحورين في نفس الوقت، وبالتالي الاستفادة من مساحة الاحتمالات في نفس الوقت. عندما يكون الجسيم معزولا عن البيئة فإنه يمكن أن يوجد في أي محور على سطح الغلاف الكروي، وإذا لم يكن موجودا بشكل كامل باتجاه أحد القطبين، فإننا نسمي الحالة تراكبا، أي أن الجسيم يدور قليلاً حول القطب الجنوبي وقليلاً حول القطب الشمالي فهي نسبة معينة في موضع 0 ونسبة مكملة في موضع 1 . عندما يتم وضع مئات من الجسيمات في هذا الوضع متشابكة مع بعضها البعض، أي أن قيم الدوران للجسيمات مرتبطة ببعضها البعض، يتم إنشاء جزء من المعلومات التي يمكن العثور عليها بشكل فعال في كامل مساحة الاحتمالات عند نفس الوقت. الميزة الغريبة تجعل من الممكن إنشاء نوع من الحسابات المتوازية السريعة والفعالة.
إلى جانب الأساس الدوار الذي اقترحه ديفينتشنزو، لفت انتباه المجتمع العلمي إلى أربعة شروط أخرى لوجود أجهزة الكمبيوتر الكمومية، بما في ذلك عمر المعلومات المخزنة، ومدى حساسية النظام للتلاعب، ومدى جودة القراءة. من المعلومات من الأنظمة المادية المعقدة. اليوم، يعد نموذج ديفانسينزو هو النموذج الرائد وهناك العديد من التطبيقات التي تستخدم خاصية الدوران للإلكترونات لصالح الحساب - من خلال مصيدة الأيونات، والموصلات الفائقة، واستخدام الثقوب في البنية البلورية للألماس. ولسوء الحظ، فإن الظروف المادية اللازمة لمثل هذه الأنظمة شديدة للغاية - فراغ شبه مثالي، ودرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، والعزلة عن البيئة. إلى جانب الظروف الصعبة، يصعب التحكم في الأنظمة مع زيادة عدد الدورات (الكيوبتات).
الإلكترونيات السبينية الجزيئية
تسمى الإلكترونيات المعتمدة على دوران الإلكترون وليس على شحنته الكهربائية "إلكترونيات الدوران". يمكن قياس حجم الدوران والتحكم فيه باستخدام المجالات المغناطيسية الخارجية. يظهر الاستخدام الرئيسي للإلكترونيات السبينية بشكل رئيسي في الذاكرة الصلبة في أجهزة الكمبيوتر المنزلية ومحركات أقراص USB المحمولة. اكتشف الباحثون مؤخرًا أنه يمكن استخدام الإلكترونيات السبينية بمساعدة سلاسل من جزيئات الكربون ويمكن استخدامها في المستقبل كأساس للحوسبة الكمومية. لقد اتضح أنه من السهل نسبيًا ربط جزيئات الكربون على فترات زمنية صغيرة وحتى بمساعدتها في تقليل كمية الضوضاء مقارنة بالمواد الموصلة الأخرى المصنوعة من الكيوبتات. وبفضل تقليل الضوضاء، يمكن استخدام جزيئات الكربون لإجراء حسابات أطول وأكثر استقرارًا. وإلى جانب الوعود المبهرة، هناك عدد من المشاكل المفتوحة التي لم تتم الإجابة عليها بعد، مثل ما هي الآلية التي تعمل على توسيع الاستقرار الكمي للأنظمة القائمة على الجزيئات العضوية مثل الكربون؟ كيف يمكنك استخدامها لبناء دوائر كهربائية للحساب؟ وحتى لو تغلبنا على هذه المشاكل، فسيتعين علينا أن نعرف كيفية قياس دوران جزيء واحد والتأثير عليه بدقة دون الإضرار ببيئته. بالإضافة إلى ذلك، وبصرف النظر عن الضوضاء الناتجة عن التفاعل المغزلي، فإن الضوضاء الكهربائية الناتجة عن حركة التيار الضعيف تتم إضافتها بعد قفز الإلكترونات بين جزيئات الكربون. لا يزال هناك الكثير من العمل، ولكن يبدو أن مجال الجزيئات المغزلية يتسارع ويوسع الآفاق ويفتح إمكانيات جديدة لتقنيات الكم.
المقال مبني على المقال הבא بقلم الفيزيائي ديباك فينكاتيشفاران
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
مرحبا غادي،
في أي نص يشرح ظاهرة علمية، مطلوب منا نوع من التبسيط. كل ظاهرة تخفي بداخلها العديد من الأفكار، والسؤال هو ما مستوى الدقة المطلوبة منك في الشروحات. في بعض الأحيان نحتاج إلى تفسيرات بسيطة لتوصيل الرسالة الرئيسية. لا يوجد سبب يدفعنا لاستخدام قوانين أينشتاين في الجاذبية وانحناء الزمكان لتفسير سبب سقوط التفاحة على الأرض. هذا على الرغم من أن قوانين نيوتن تفتقر إلى أفكار عميقة ومهمة حول كيفية تصرف الجاذبية. وبالمثل، لا يوجد سبب للقول بأن الدوران هو خاصية جسيمية تستجيب للمجال المغناطيسي. التناظرية للدوران تأتي في الحقيقة من القوة الكهرومغناطيسية. فعندما يتحرك الإلكترون، على سبيل المثال، في حركة دائرية (في مسار دائري لا يدور حول نفسه)، يمكن للمجال المغناطيسي أن يغير مستوى دورانه، أو بمعنى آخر، اتجاه الدوران. وبنفس الطريقة، هناك خاصية جوهرية للجسيمات الأولية وهي أنها إذا وجدت نفسها في بيئة بها مجال مغناطيسي، فسوف تتفاعل بنفس الطريقة وتغير قيمة الدوران كما لو كانت تشير إلى اتجاه الدوران الذاتي. دوران الجسيمات. صحيح أن الجسيم لا يدور فعليًا من تلقاء نفسه، لكن الاستجابة للمجال المغناطيسي هي نفس الاستجابة التقليدية. يعد هذا عنصرًا تقنيًا مفرطًا وليس ضروريًا دائمًا لنقل الرسالة. إذا كنت تفتقد هذه المعلومات، يمكنك دائمًا أن تسأل بلطف. كل التوفيق وابقى فضوليا
"للجسيم خاصية كمية تسمى الدوران، وهي تصف بكلمات بسيطة الاتجاه الذي يدور فيه الجسيم حول نفسه"
أربكتني! في كل شرح حول الجرعة الذرية، عندما تصل إلى SPIN، تهتم بذكر أن الأمر لا يتعلق بدوران الذرة أو الاتجاه الذي تدور فيه الإلكترونات حولها.
على سبيل المثال من موقع معهد ديفيدسون (التابع لمعهد وايزمان)"
"بادئ ذي بدء، أنت على حق في أن الدوران ليس "دورانًا حقيقيًا" كما سميته، ولا يرتبط بدوران الجسيم حول نفسه."
https://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/physics/%D7%9E%D7%94%D7%95-%D7%94%D7%A1%D7%A4%D7%99%D7%9F-%D7%A9%D7%9C-%D7%94%D7%90%D7%9C%D7%A7%D7%98%D7%A8%D7%95%D7%9F-%D7%AA%D7%95%D7%9D