لقد تم اختصار الطريق إلى الكمبيوتر الكمي بشكل كبير

تمكن باحثون من زيورخ وألمانيا من إنتاج ترانزستور بصري يتكون من صمام ثنائي واحد. هذا الاكتشاف يأخذهم خطوة واحدة نحو تطوير جهاز كمبيوتر كمي.

تمكن باحثون من زيورخ وألمانيا من إنتاج ترانزستور بصري يتكون من صمام ثنائي واحد. هذا الاكتشاف يأخذهم خطوة واحدة نحو تطوير جهاز كمبيوتر كمي.

يجب أن تكون اتصالات الشبكة (الإنترنت) وأجهزة الكمبيوتر نفسها أسرع وأكثر قوة في الوقت الحاضر. ومع ذلك، فإن وحدات المعالجة المركزية (CPUs) العاملة اليوم تحد من أداء أجهزة الكمبيوتر، وذلك لأنها تولد كمية هائلة من الحرارة. إن الملايين من مكونات الترانزستور التي تقوم بتبديل وتضخيم الإشارات الإلكترونية في المعالجات هي المسؤولة عن ذلك. يمكن للسنتيمتر المربع الواحد من المعالج أن ينبعث كمية من الحرارة تبلغ 125 واطًا، أي عشرة أضعاف الكمية المنبعثة من السنتيمتر المربع من اللوحة الكهربائية.

هذه هي الأسباب الرئيسية التي دفعت العلماء إلى المحاولة منذ فترة طويلة لإيجاد طرق لتطوير دوائر متكاملة تعمل على أساس الفوتونات بدلا من الإلكترونات. والسبب في ذلك لا يكمن فقط في حقيقة أن الفوتونات تبعث كمية حرارة أقل من الإلكترونات، ولكن أيضًا في حقيقة أنها تتيح معدلات نقل معلومات أعلى بكثير.

على الرغم من أن جزءًا كبيرًا من هندسة الاتصالات اليوم يعتمد على نقل الإشارات الضوئية، إلا أن تشفير المعلومات المطلوبة يتم باستخدام المفاتيح الإلكترونية. لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل تطوير ترانزستور بصري مناسب. ويوضح الباحث وحيد ساندوغدار، الأستاذ في مختبر الكيمياء الفيزيائية بجامعة زيورخ، أنه "إذا قارنا الوضع الحالي لهذه التكنولوجيا بالإلكترونيات، يمكننا القول إننا أقرب إلى مكبرات الصوت المعتمدة على الأنابيب المفرغة والتي عملت في الخمسينيات من الدوائر المتكاملة اليوم."

ومع ذلك، فقد حققت مجموعته البحثية الآن تقدمًا مهمًا بفضل التطوير الناجح لترانزستور ضوئي يتكون من عازل واحد. ولهذا، استفادوا من حقيقة أن طاقة كل جسيم منفصلة: فعندما يضرب إشعاع الليزر جسيمًا في حالته الأرضية، يتم امتصاص هذا الإشعاع. ونتيجة لذلك، يتم تخفيف شعاع الليزر. بعد ذلك، يمكن توجيه الطاقة الزائدة التي تم امتصاصها من خلال شعاع ضوئي ثانٍ. تحدث هذه الإجراءات لأن الطاقة الزائدة من الشعاع تغير الحالة الكمومية للجسيم أثناء تضخيم شعاع الإشعاع. تُعرف هذه الآلية باسم الانبعاث المحفز، والذي وصفه ألبرت أينشتاين قبل تسعين عامًا وهو أيضًا أساس وجود الليزر.

ويوضح أحد الباحثين المشاركين في الدراسة: "يتم التضخيم بالليزر العادي من خلال عدد كبير من العوامل الكيميائية". ومن خلال تركيز شعاع الليزر على جسيم واحد صغير، نجح الباحثون الآن في إنشاء انبعاث محفز يعتمد على جسيم واحد فقط. ما ساعد على نجاحهم يكمن في حقيقة أنه في درجات الحرارة المنخفضة، يبدو أن الفورودات تميل إلى زيادة مساحة سطحها الحرة للتفاعل مع الضوء. ولهذا السبب، طُلب من الباحثين تبريد البرد إلى درجة حرارة 272 درجة مئوية تحت الصفر، أي درجة واحدة فقط فوق الصفر المطلق. في هذه الحالة، تتوافق مساحة السطح المتزايدة مع قطر الحزمة المركزة.

وباستخدام شعاع ليزر واحد لإنشاء الحالة الكمومية المناسبة لجسيم واحد بطريقة خاضعة للرقابة، سيتمكن العلماء من إضعاف أو تضخيم شعاع ليزر ثانٍ بشكل كبير. يشبه أسلوب التشغيل هذا أسلوب تشغيل الترانزستور الذي يمكن من خلاله استخدام جهد كهربائي لتعديل إشارة ثانية.

ونتيجة لذلك، فإن الأجزاء المكونة مثل الترانزستور الجديد، المبني على صمام ثنائي واحد، يمكن أن تمهد الطريق للتطوير المستقبلي للحاسوب الكمي. يوضح الباحث: "ستظل هناك حاجة إلى سنوات عديدة من البحث قبل أن تحل الفوتونات محل الإلكترونات في الترانزستورات والمكونات الكهربائية الأخرى. في الوقت الحالي، سيتم تعليم العلماء كيفية التحكم في الأنظمة الكمومية وتغييرها بطريقة متعمدة، وهو بحث من شأنه أن يدفعهم نحو حلم الكمبيوتر الكمي.

الخبر من الجامعة