العلماء يفتحون آفاقًا جديدة في علوم وتكنولوجيا الكم
استخدم الباحثون كيوبتات تدور الضوء والإلكترون للتحكم في الدوران النووي في مادة ثنائية الأبعاد، مما فتح حدودًا جديدة في علوم وتكنولوجيا الكم. الائتمان: استوديو Secondbay
تفتح المصفوفة ثنائية الأبعاد للكيوبتات المغزلية الإلكترونية والنووية حدودًا جديدة في علم الكم.
فتح الباحثون آفاقًا جديدة في علوم وتكنولوجيا الكم باستخدام الفوتونات والكيوبتات المغزلية الإلكترونية للتحكم في السبينات النووية في مادة ثنائية الأبعاد.
سيمكن هذا تطبيقات مثل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي على نطاق ذري والقدرة على قراءة وكتابة المعلومات الكمومية باستخدام الدورات النووية في المواد ثنائية الأبعاد.
كما نُشر اليوم (15 أغسطس) في Nature Materials ، استخدم فريق البحث من جامعة بوردو الكيوبتات المغزلية الإلكترونية كمستشعرات ذات مقياس ذري، وأيضًا للتأثير على أول تحكم تجريبي في كيوبتات الدوران النووية في نيتريد البورون السداسي الرقيق للغاية.
“هذا هو أول عمل يُظهر التهيئة الضوئية والتحكم المتماسك في الدوران النووي في المواد ثنائية الأبعاد”، هذا ما قاله المؤلف المقابل تونغكانغ لي، أستاذ الفيزياء والفلك والهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة بيرديو وعضو في معهد بيرديو لعلوم وهندسة الكم..
“الآن يمكننا استخدام الضوء لتهيئة السبينات النووية وبهذا التحكم، يمكننا كتابة وقراءة المعلومات الكمومية باستخدام السبينات النووية في المواد ثنائية الأبعاد.
يمكن أن يكون لهذه الطريقة العديد من التطبيقات المختلفة في الذاكرة الكمومية، والاستشعار الكمومي، والمحاكاة الكمومية “.
تعتمد تقنية الكم على الكيوبت (بت الكم)، وهو الإصدار الكمومي لبت الكمبيوتر الكلاسيكي.
بدلاً من ترانزستور السيليكون، غالبًا ما يتم بناء الكيوبت مع ذرة أو جسيم دون ذري أو فوتون.
في الإلكترون أو كيوبت الدوران النووي، يتم تمثيل الحالة الثنائية المألوفة “0” أو “1” لبت الكمبيوتر الكلاسيكي باللف المغزلي، وهي خاصية تشبه إلى حد بعيد القطبية المغناطيسية – مما يعني أن الدوران حساس للمجال الكهرومغناطيسي. لأداء أي مهمة، يجب أولاً التحكم في الدوران وتماسكه أو تحمُّله.
يمكن بعد ذلك استخدام كيوبت الدوران كمستشعر، على سبيل المثال، فحص بنية البروتين، أو درجة حرارة هدف بدقة نانوية.
أنتجت الإلكترونات المحاصرة في عيوب بلورات الماس ثلاثية الأبعاد دقة التصوير والاستشعار في نطاق 10-100 نانومتر.
ومع ذلك، يمكن للكيوبتات المضمنة في مواد أحادية الطبقة أو ثنائية الأبعاد الاقتراب من العينة المستهدفة، مما يوفر دقة أعلى وإشارة أقوى.
تمهيدًا لتحقيق هذا الهدف، تم بناء أول كيوبت دوران للإلكترون في نيتريد البورون السداسي، والذي يمكن أن يوجد في طبقة واحدة، في عام 2019 عن طريق إزالة ذرة بورون من شبكة الذرات وحبس إلكترون في مكانها.
كما قدمت الكيوبتات المغزلية المغزلية المزعومة للبورون مسارًا محيرًا للتحكم في الدوران النووي لذرات النيتروجين المحيطة بكل كيوبت إلكترون مغزلي في الشبكة.
في هذا العمل، أنشأ لي وفريقه واجهة بين الفوتونات والدوران النووي في نيتريد البورون السداسي الرقيق للغاية.
يمكن تهيئة السبينات النووية بصريًا – ضبطها على دوران معروف – عبر كيوبتات دوران الإلكترون المحيطة.
بمجرد التهيئة، يمكن استخدام تردد لاسلكي لتغيير كيوبت الدوران النووي، بشكل أساسي “كتابة” المعلومات، أو لقياس التغيرات في كيوبتات الدوران النووي، أو “قراءة” المعلومات.
تسخر طريقتهم ثلاث نوى نيتروجين في وقت واحد، مع أوقات تماسك أطول بأكثر من 30 مرة من تلك الخاصة بالكيوبتات الإلكترونية في درجة حرارة الغرفة.
ويمكن وضع المادة ثنائية الأبعاد في طبقات مباشرة على مادة أخرى، مما يؤدي إلى إنشاء مستشعر مدمج.
قال “لي”: “ستكون الشبكة الدورانية النووية ثنائية الأبعاد مناسبة لمحاكاة الكم على نطاق واسع”. “يمكن أن تعمل في درجات حرارة أعلى من الكيوبتات فائقة التوصيل.”
للتحكم في دوران نووي كيوبت ، بدأ العلماء بإزالة ذرة بورون من الشبكة واستبدالها بإلكترون.
يقع الإلكترون الآن في وسط ثلاث ذرات نيتروجين. في هذه المرحلة، تكون كل نواة نيتروجين في حالة دوران عشوائية، والتي قد تكون -1 أو 0 أو +1.
بعد ذلك، يُضخ الإلكترون إلى حالة الدوران صفر بضوء الليزر، والذي له تأثير ضئيل على دوران نواة النيتروجين.
أخيرًا، يؤدي التفاعل شديد الدقة بين الإلكترون المثار ونوى النيتروجين الثلاثة المحيطة إلى إحداث تغيير في دوران النواة.
عندما تتكرر الدورة عدة مرات، يصل دوران النواة إلى حالة +1، حيث يبقى بغض النظر عن التفاعلات المتكررة. مع ضبط النوى الثلاثة على حالة +1، يمكن استخدامها كثلاث وحدات كيوبت.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
