اكتشاف 12 حالة كمومية جديدة بخصائص غير مسبوقة
تاريخ النشر: 29th, April 2025 GMT
أعلن فريق من الباحثين من جامعة كولومبيا عن اكتشاف نحو 12 نوعا جديدا من الحالات الكمومية، مما يضيف مجموعة مثيرة من الظواهر إلى ما يسميه العلماء بـ"حديقة الحيوانات الكمومية"، ونُشرت تفاصيل هذا الاكتشاف في دراسة حديثة بدورية "نيتشر".
تقول ييبينغ وانغ، الباحثة في قسم الكيمياء بجامعة كولومبيا، والمؤلفة الرئيسية للدراسة، في تصريحات حصرية للجزيرة نت: "اكتشاف هذا العدد الكبير من الحالات الجديدة أمر بالغ الأهمية، لأنه يوسع بشكل كبير معرفتنا بالحالات الكمومية ويضم مجموعة جديدة لـ "حديقة الحيوان الكمومية" للدراسة، هذا بدوره سيفتح آفاقا جديدة للفهم الأساسي للمواد الكمومية ولتطبيقات مستقبلية مثل تطوير أجهزة كمومية أكثر كفاءة".
ركز الباحثون عملهم على مادة مكونة من طبقتين رقيقتين تعرف باسم "ثاني تيلورايد الموليبدينوم"، حيث تلتوي كل منهما بزاوية صغيرة جدا بالنسبة للأخرى، مما خلق نمطا شبكيا يُعرف باسم "نمط مواريه"، وهو مسؤول عن نشوء خصائص إلكترونية فريدة لا تظهر في المواد التقليدية.
تخيل الأمر كأنك تمرر شبكتين رقيقتين فوق بعضهما بشكل غير متواز، صانعا زاوية صغيرة بينهما. سيشكّل مرور الشبكتين أنماطا مثيرة وغريبة أمام عينيك، لكن الأغرب مما يتشكل أمامك هو ما ينتج عن هذا التراكب غير المثالي، حيث تتشكل مناطق تكون فيها الذرات متطابقة، أي فوق بعضها، وأخرى تكون في إزاحة أي بعيدة عن بعضها، مما يؤدي إلى ظهور نمط تكراري جديد أكبر، وهذا هو نمط مواريه.
إعلانولأن الطبقتين اللتين تتحركان هما بسُمك ذرة واحدة تقريبا، أي مواد ثنائية الأبعاد، يؤدي ذلك إلى انجذاب الإلكترونات أكثر نحو الذرات عندما تتراكب في بعض المناطق، وفي مناطق أخرى تجد طاقة حركة الإلكترونات أقل أو مختلفة.
تقول ييبينغ: "في المواد التقليدية، عادة ما تتموضع الإلكترونات حول الذرات في مواضع الشبكة البلورية. أما في دراستنا، فالحالة الكمومية تشير إلى الطريقة المتميزة التي تنتظم بها الإلكترونات داخل طبقات ثنائية من مادة ثاني تيلورايد الموليبدينوم الملتوية بتشكيل نمط مواريه".
وتضيف: "هذه الإلكترونات تكون مرتبطة ارتباطا قويا ببعضها، مما يؤدي إلى سلوكيات غريبة، مثل تشكيل بلورات إلكترونية أو إظهار خصائص طوبولوجية معقدة لا يمكن تفسيرها وفقا للنماذج التقليدية لجسيمات مفردة".
في هذا البحث الجديد، استخدم الفريق طريقة متقدمة تسمى "مطيافية الضخ والرصد"، حيث تُحدث نبضة ليزر (مضخة) اضطرابا طفيفا في النظام أولا، ثم تقيس نبضة أخرى (راصد) كيفية استجابة النظام بمرور الوقت.
تشرح ييبينغ أهمية هذه الطريقة قائلة: "عادة، تكشف القياسات البصرية أو الكهربائية الساكنة فقط عن الأطوار الكمومية المكتملة والقوية. أما باستخدام مطيافية الضخ والرصد، فنحن نحفز النظام بطريقة خفيفة جدا ونرصد استجابته الفورية، مما يمكننا من كشف الحالات الدقيقة والخفية التي كانت تتلاشى أو ‘تذوب’ قبل أن نتمكن من رصدها بالطرق التقليدية".
كما تسمح تلك الطريقة بالكشف الخالي من التشويش الخلفي، حيث يتم تسجيل التغيرات في المناطق التي تحتوي على ترتيب كمومي أو ارتباط قوي فحسب.
ويتمثل أحد أبرز جوانب هذا الاكتشاف في أن بعض هذه الحالات الكمومية الجديدة المكتشفة قد تكون اللبنات الأساسية للحواسيب الكمومية الطوبولوجية، وهي نوع نظري من الحواسيب يعد بأن يكون أكثر مقاومة للأخطاء التي تعاني منها الحواسيب الكمومية الحالية.
إعلانتقول ييبينغ: "على عكس الكيوبتات التقليدية التي يمكن أن تتعرض بسهولة للضوضاء الطفيفة، فإن الكيوبتات الطوبولوجية المستقبلية ستتطلب تغييرات كبيرة وشاملة لإفسادها، مما يجعلها أكثر مقاومة طبيعيا للأخطاء".
تخزن الحواسيب العادية المعلومات وتدير العمليات باستخدام قيم ثنائية رقمية وهي الصفر والواحد، وهو ما يُعرف باسم النظام الثنائي، وكل ما يعمل على حواسيبنا وهواتفنا المحمولة الحالية، بل والذكاء الاصطناعي بقدراته المذهلة مدينة لهذا النظام الثنائي بالفضل.
تأتي الحواسيب الكمومية بأنظمة تسمح بالحالتين، الصفر والواحد في الوقت نفسه، بما يسمى بالتراكب الكمي فيما يعرف بالبتات الكمية أو الكيوبت.
وعلى قمة تلك الأنظمة هي الحواسيب الكمومية الطوبولوجية من حيث الثبات والاستقرار ومقاومة الضوضاء.
تشرح ييبينغ الفرق قائلة: "الحواسيب الكمومية الطوبولوجية هي بمثابة أجهزة خارقة تخزن المعلومات داخل حالات كمومية خاصة محمية بواسطة طوبولوجية النظام، بدلا من أن تعتمد ببساطة على القيم الثنائية 0 و1. هذا يعني أن المعلومات تكون مشفرة بطريقة تجعلها محصنة ضد الأخطاء الصغيرة أو الاضطرابات المحلية".
أحد أكبر التحديات التي لطالما واجهت تطوير الحواسيب الكمومية الطوبولوجية هو أن الحقول المغناطيسية المطلوبة لتحقيق بعض الحالات الكمومية تسبب مشكلات تستعصي على الحل. لكن في هذا الكشف الجديد، تمكن الباحثون من إيجاد حالات كمومية جديدة دون الحاجة إلى حقل مغناطيسي خارجي.
تقول ييبينغ: "في الماضي، كان استخدام المغناطيس ضروريا لإنشاء بعض الحالات الكمومية الطوبولوجية، لكن المغناطيس يعطل المواد فائقة التوصيل (اللبنات الضرورية للبيئة اللازمة لتكوين الحالات الكمومية). باستخدام المواد الملتوية مثل ثاني تيلورايد الموليبدينوم، نستفيد من الحقول المغناطيسية الداخلية الناتجة عن بنية مواريه نفسها، مما يلغي الحاجة إلى مغناطيس خارجي".
إعلان تطبيقات واعدةهذا التطور يفتح المجال لتصميم حواسيب كمومية طوبولوجية أكثر استقرارا وكفاءة. وفي المرحلة القادمة، يخطط الفريق لدراسة طبيعة هذه الحالات الكمومية الجديدة بمزيد من التفصيل، وفهم خصائصها الفردية ومدى قابليتها للتطبيق العملي في مجال الإلكترونيات الكمومية والحوسبة.
كما يأمل الباحثون أن تلهم تقنيتهم، القائمة على مطيافية الضخ والرصد، باحثين آخرين في جميع أنحاء العالم لاستكشاف مزيد من الحالات الكمومية المخفية في مواد أخرى. في النهاية، يبدو أن "حديقة الحيوانات الكمومية" لا تزال تخبئ المزيد من المفاجآت المثيرة في أقفاصها الذرية الخفية للعلماء والمهندسين على حد سواء، ومع كل اكتشاف جديد، نقترب خطوة إضافية نحو تسخير عجائب ميكانيكا الكم في حياتنا اليومية.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات الحواسیب الکمومیة
إقرأ أيضاً:
اكتشاف مستعمرة ضخمة في البحر الأحمر تتجاوز الـ 800 عام.. إيه الحكاية؟
أعلنت منظمة "البحر الأحمر الدولية" عن اكتشاف مستعمرة مرجانية ضخمة من نوع "بافونا" في البحر الأحمر، يُعتقد أن عمرها يتراوح بين 400 إلى 800 عام.
تقع هذه المستعمرة داخل مياه وجهة "أمالا" على الساحل الشمالي الغربي للمملكة العربية السعودية، حيث يعتبر هذا الاكتشاف من أبرز المعالم البيئية في المنطقة.
تنافس هذه المستعمرة في حجمها أكبر مستعمرة مرجانية في العالم التي عُثر عليها في المحيط الهادئ، والتي تمتد على مساحة 32 × 34 متراً.. فما تفاصيل هذا الاكتشاف؟
مستعمرة مرجانية ضخمةيعتبر المرجان المكتشف الأكبر من نوعه في البحر الأحمر حتى الآن، ومن المتوقع أن يتحول إلى نقطة جذب رئيسية للسياح الذين يرغبون في تجربة غوص فريدة في أعماق البحر الأحمر.
تعمل "البحر الأحمر الدولية" على توفير فرص للسياح للاستمتاع بجمال هذه المستعمرة، مع التركيز على حماية البيئة وتقليل أي آثار سلبية على النظام البيئي المحلي.
وفي سياق متصل، أوضح رئيس حماية البيئة وتجديدها في "البحر الأحمر الدولية"، أن "هذا الاكتشاف الاستثنائي يجسد الأهمية البيئية الكبيرة التي يمثلها البحر الأحمر، بالإضافة إلى جماله الطبيعي الفريد.
وتابع أن المؤسسة تؤمن بحماية الشعب المرجانية كأولوية حيوية، حيث تمثل هذه الشعب المرجانية العملاقة كبسولة زمنية تحتوي على معلومات بيئية قيمة، تساعد في فهم التحولات المناخية السابقة وتوجيه الجهود لمواجهة التحديات البيئية المستقبلية".
دراسة العمر والتكيفتحديد عمر هذه الشعب المرجانية يُعد أمراً معقداً، نظراً للظروف التقنية وغياب معدلات النمو الدقيقة لهذا النوع من المرجان في البحر الأحمر. لكن استنادًا إلى حجم المرجان وتقديرات معدلات النمو من المحيط الهادئ، واستخدام تقنيات التصوير الفوتوغرافي، تم تقدير عمره بين 400 إلى 800 عام.
ستواصل "البحر الأحمر الدولية" وجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) إجراء الدراسات المستقبلية لتحديد عمر المرجان بدقة أكبر. كما أن الشعب المرجانية في البحر الأحمر تُعد من أكثر النظم البيئية صموداً حول العالم، حيث تكيفت جينيًا مع درجات الحرارة المرتفعة والملوحة العالية.
واعتزم فريق الباحثين، مراقبة هذه المستعمرة لفهم العوامل التي ساعدتها على البقاء على قيد الحياة لقرون طويلة.
اكتشاف نادرأكدت العالِمة في "البحر الأحمر الدولية"، روندا سوكا، أن العثور على هذه المستعمرة كان بمثابة اكتشاف كنز طبيعي، ويتميز بمقاومته الفائقة للظروف البيئية القاسية.
من جانبها، أوضحت العالمة سيلفيا ياغيروس أن اكتشاف مستعمرة بهذا الحجم يُعتبر نادراً جداً. كما يعد توثيق ورسم خريطة لهذه الشعب المرجانية جزءًا أساسيًا من مشروع "Map the Giants"، الذي يهدف إلى تحديد وتوثيق المستعمرات المرجانية العملاقة حول العالم.
ومن المقرر أن تستقبل وجهة "أمالا" أول ضيوفها في وقت لاحق من هذا العام، مع رؤية طموحة لتحويلها إلى وجهة صحية واستشفائية عالمية رائدة. ستضم الوجهة أكثر من 1400 غرفة فندقية موزعة على 8 منتجعات فاخرة، كما تهدف إلى استقطاب نخبة من مشغلي خدمات الصحة والعافية من مختلف أنحاء العالم، لتقديم برامج استشفائية متكاملة.
وبحسب العلماء، فإن هذه الاكتشافات تكشف كيف يمكن للعلم والتكنولوجيا أن يساهموا في فهم وتعزيز كفاءة الأنظمة البيئية، وكذلك أهمية حماية وتنمية الموارد الطبيعية في المنطقة.
الاشتباك في أجواء اليمن “الأشد إحراجاً لواشنطن”