يتم توصيل شريحة أشباه الموصلات للمعالج الكمومي بلوحة الدوائر في مختبر جون نيكول ، أستاذ مساعد الفيزياء في جامعة روتشستر. يستكشف نيكول وأندرو جوردان ، أستاذ الفيزياء ، طرقًا جديدة لخلق تفاعلات ميكانيكا كمية بين الإلكترونات البعيدة ، مما يعد بتقدم كبير في الحوسبة الكمومية. الصورة ملك لـ : جامعة روتشستر / جيه. آدم فينستر
in ,

هل النقل الفوري ممكن؟ نعم ، في عالم الكم

يتم توصيل شريحة أشباه الموصلات للمعالج الكمومي بلوحة الدوائر في مختبر جون نيكول ، أستاذ مساعد الفيزياء في جامعة روتشستر. يستكشف نيكول وأندرو جوردان ، أستاذ الفيزياء ، طرقًا جديدة لخلق تفاعلات ميكانيكا كمية بين الإلكترونات البعيدة ، مما يعد بتقدم كبير في الحوسبة الكمومية. الصورة ملك لـ : جامعة روتشستر / جيه. آدم فينستر

“Beam me up” هي واحدة من أشهر العبارات من سلسلة Star Trek. هو الأمر الصادر عندما ترغب شخصية في الانتقال الفوري من موقع بعيد إلى Starship Enterprise.

في حين أن النقل البشري عن بعد موجود فقط في الخيال العلمي ، فإن النقل عن بعد ممكن في العالم دون الذري لميكانيكا الكم – وإن لم يكن بالطريقة التي يتم تصويرها عادةً على شاشة التلفزيون. في العالم الكمي ، ينطوي النقل عن بعد على نقل المعلومات ، بدلاً من نقل المادة.

أكد العلماء العام الماضي أنه يمكن تمرير المعلومات بين الفوتونات على رقائق الكمبيوتر حتى عندما لا تكون الفوتونات مرتبطة جسديا.

الآن ، وفقًا لبحث جديد من جامعة روتشستر وجامعة بوردو ، قد يكون الانتقال عن بُعد ممكنًا أيضًا بين الإلكترونات.

في ورقة نشرت في Nature Communications وواحدة تظهر في Physical Review X ، قام الباحثون ، بما في ذلك جون نيكول ، أستاذ الفيزياء المساعد في روتشستر ، وأندرو جوردان ، أستاذ الفيزياء في روتشستر ، باستكشاف طرق جديدة لإنشاء ميكانيكا الكم “التفاعلات بين الإلكترونات البعيدة” . يعد البحث خطوة مهمة في تحسين الحوسبة الكمومية ، والتي بدورها لديها القدرة على إحداث ثورة في التكنولوجيا والطب والعلوم من خلال توفير معالجات وأجهزة استشعار أسرع وأكثر كفاءة.

‘عمل مخيف عن بعد’

النقل الكمي هو عرض لما أسماه ألبرت آينشتاين “العمل المخيف على مسافة” – المعروف أيضًا باسم التشابك الكمي. في التشابك – أحد مفاهيم فيزياء الكم الأساسية – تؤثر خصائص جسيم واحد على خصائص جسيم آخر ، حتى عندما تكون الجسيمات مفصولة بمسافة كبيرة. يتضمن النقل عن بعد الكمي جسيمين متشابكين وبعيدين حيث تقوم حالة الجسيم الثالث “على الفور” بتحريك حالته إلى الجسيمين المتشابكين.

يعد النقل الكمي عن بعد وسيلة مهمة لنقل المعلومات في الحوسبة الكمومية. في حين أن الكمبيوتر النموذجي يتكون من مليارات الترانزستورات ، تسمى البتات ، ترمز أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى المعلومات في البتات الكمومية أو البتات. للبت قيمة ثنائية واحدة ، والتي يمكن أن تكون إما “0” أو “1” ، لكن الكوبت يمكن أن تكون “0” و “1” في نفس الوقت. إن قدرة الكوبيتات الفردية على احتلال حالات متعددة في نفس الوقت تكمن وراء القوة الكامنة الكبيرة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

أظهر العلماء مؤخرًا تحريكًا كميًا باستخدام الفوتونات الكهرومغناطيسية لإنشاء أزواج متشابكة عن بعد من الكيوبتات.

ومع ذلك ، فإن الكوبيتات المصنوعة من الإلكترونات الفردية واعدة أيضًا لنقل المعلومات في أشباه الموصلات.

يقول نيكول: “تعد الإلكترونات الفردية كوبيات واعدة لأنها تتفاعل بسهولة شديدة مع بعضها البعض ، وكيوبايت الإلكترونات الفردية في أشباه الموصلات قابلة للتطوير أيضًا”. “إن إنشاء تفاعلات بعيدة المدى بشكل موثوق بين الإلكترونات أمر ضروري للحوسبة الكمومية.”

لقد ثبت أن إنشاء أزواج متشابكة من الكيوبتات الإلكترونية التي تمتد لمسافات طويلة ، وهو مطلوب للتنقل عن بعد ، يمثل تحديًا: على الرغم من أن الفوتونات تنتشر بشكل طبيعي على مسافات طويلة ، فإن الإلكترونات عادة ما تكون محصورة في مكان واحد.

أزواج متشابكة من الإلكترونات

من أجل إثبات الانتقال الكمي عن بعد باستخدام الإلكترونات ، استخدم الباحثون تقنية تم تطويرها مؤخرًا استنادًا إلى مبادئ اقتران تبادل هايزنبرغ. الإلكترون الفردي يشبه مغناطيسًا بارزًا بقطب شمالي وقطب جنوبي يمكن أن يشير إما لأعلى أو لأسفل. يُعرف اتجاه القطب – سواء كان القطب الشمالي يشير لأعلى أو لأسفل على سبيل المثال – بلحظة الإلكترون المغناطيسية أو حالة الدوران الكمومي. إذا كانت أنواع معينة من الجسيمات لها نفس العزم المغناطيسي ، فلا يمكن أن تكون في نفس المكان في نفس الوقت. أي أن إلكترونين في نفس الحالة الكمية لا يمكنهما الجلوس فوق بعضهما البعض. إذا فعلوا ذلك ، فستتبادل دولهم ذهابًا وإيابًا في الوقت المناسب.

استخدم الباحثون التقنية لتوزيع أزواج الإلكترونات المتشابكة ونقل حالات دورانها عن بعد.

يقول نيكول: “نحن نقدم أدلة على” مبادلة التشابك “، حيث ننشئ تشابكًا بين إلكترونين على الرغم من أن الجسيمات لا تتفاعل أبدًا ، و” النقل عن بُعد للبوابة الكمومية “، وهي تقنية مفيدة محتملة للحوسبة الكمومية باستخدام النقل عن بعد”. “يُظهر عملنا أنه يمكن القيام بذلك حتى بدون فوتونات”.

تمهد النتائج الطريق للبحث المستقبلي حول الانتقال الكمي عن بعد الذي يشمل حالات الدوران لجميع المواد ، وليس فقط الفوتونات ، ويقدم المزيد من الأدلة للقدرات المفيدة بشكل مدهش للإلكترونات الفردية في أشباه الموصلات الصغيرة.

للمزيد من المعلومات :

  •  Haifeng Qiao et al, Conditional teleportation of quantum-dot spin states, Nature Communications (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

قيودًا عمرية يضعها الباحثون على مظهر ومدة نظام العيش Jehol Biota

تعقد المجتمعات القديمة دروسًا للمدن الحديثة