اختراع أجهزة بذرةٍ وحيدةٍ للشحن الفائق للحواسيب

ابتكر الباحثون طرقًا رائدةً جديدة لإنشاء ونسخ ترانزستورات أحادية الذرة-single-atom للحواسيب الكمية.

• استطاع الباحثون من المؤسسة الوطنية للمعايير والتقنية (NIST) وجامعة ميريلاند إنشاء ترانزستوارت أحادية الذرة لثاني مرة في التاريخ.
• هذا وقاموا أيضًا بخطوة غير مسبوقة في ميكانيكا الكم، جاعلين التطوير المستقبلي للحواسيب ممكنًا.
• يمكن لهذه الأجهزة الدقيقة أن تكون ضروريةً لإنشاء البتات الكمية-(quantum bits) qubits، مؤديةً بنا إلى تقنية الجيل القادم.

يمكن للتقنيات الدقيقة أن تملك تأثيرًا عظيمًا على الجيل الجديد من الحواسيب، والشحن الفائق للذواكر، ومعالجة القدرات-abilities. سيكون المفتاح لهذه التطويرات هو إنشاء ترانزستورات بحجم عدة ذرات أو حتى ذرة واحدة. يقدِّم بحثٌ نُشر مؤخرًا من العلماء في NIST وجامعة ميريلاند مخططًا حول كيفية إنشاء مثل هذه التقنية المجهرية.

بحسب Science News فهناك تحدٍ كبير أمام هذه المحاولة وهو التوصل لكيفية نسخ مثل هذه الترانزستورات الصغيرة التي ستعمل كمفتاح تشغيل-إيقاف. أصبح الفريق بقيادة NIST بتوظيفهم للوصفة التي ابتكروها ثاني من أنشأ ترانزستورًا أحادي الذرة وأول من أنشأ سلسلة من الترانزستورات يحوي كل منها على إلكترون واحد فقط، والذي يمكن التلاعب بهندسته على المستوى الذري.

هذا واستطاع العلماء أيضًا السيطرة على الظاهرة الكمية المعروفة بالمفعول النفقي-quantum tunneling، مغيّرين بذلك المعدل التي تتنقل فيه الإلكترونات المفردة عبر فجوة مادية أو حاجز الترانزستور الكهربائي. تكمن فائدة السيطرة على هذه الآلية بإمكانية جعل الترانزستورات «متشابكة-entangled» بحسب قوانين ميكانيكا الكم. يمكن لذلك أن يؤدي لطرق جديدة لإنشاء البتات الكمية (qubits) – وهي الوحدة الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمية.

إليكَ كيف استطاع الباحثون إنشاء الترانزستورات الأحادية وقليلة الذرات:

بحسب ما أوضح باحث NIST ريتشارد سيلفر-Richard Silver فإنَّ طرقهم في نسخ الأجهزة التي بإمكانها العمل كبتات كمية أبرزت ابتكارات مهمة مثل عزل ذرات الفوسفور لحمايتها باستخدام طبقات من السيليكون وثم إرسال الكهرباء للذرات المثبتة في مكانها.

أضاف كذلك: «نعتقد أن طريقتنا، وهي وضع الطبقات، تقدم أجهزة ذات مقاييس ذرية أكثر استقرارًا ودقة».

من الملفت للنظر أيضًا حول إنجازهم هو أن هذه الطريقة، وهي القيام باتصالٍ كهربائي مع الترانزستورات الميكروية، تملك احتمال نجاح مئة بالمئة تقريبًا. يمكّن ذلك الأجهزة من العمل كجزء من دارة كهربائية. وكما قال جونثان وايريك-Jonathan Wyrick، وهو زميل السيد سيلفر: «بإمكانك إنشاء أفضل جهاز ترانزستور أحادي الذرة في العالم، لكنه دون فائدة ما لم تستطع التواصل معه».

من الباحثين أيضًا تشياشو وانغ-Xiqiao Wang، ومايكل ستيورات جونيور-Michael

Stewart Jr.

وكيرت ريتشر-Curt Richter.

بإمكانك الإطلاع على الدراسة في دورية Communications Physics.