مواد جديدة توصل الكهرباء بسرعة الضوء

استكشاف المواد ثنائية الأبعاد

أحدثت المواد ثنائية الأبعاد مؤخرًا ضجة، فمنذ أن  تمكن العلماء من تطوير الجرافين، ازداد البحث في هذه المواد، وأتاحت تطبيقات واسعة في مجالات شتى، كالخلايا الشمسية، وأشباه الموصلات، والأقطاب الكهربائية. وفي ضوء هذه التطبيقات، استكشف باحثون من جامعة كاليفورنيا إرفاين «يو سي آي»، ومراكز بحثية أخرى، الفيزياء الكامنة وراء هذه المواد وقدرتها على الدفع بالحوسبة إلى مستويات أعلى من الأداء والسرعة.

ونشر باحثو «جامعة يو سي آي» على وجه التحديددراسة في مجلة نيتشر البريطانية شرحوا فيها تطور  مواد كمومية ثنائية الأبعاد ذات خصائص كهربائية ومغناطيسية غير مسبوقة قادرة على نقل فكرة الحواسيب الكمومية الطوبولوجية من النظرية إلى  الواقع، إضافة إلى فتح آفاقٍ لإلكترونيات متقدمة أخرى.

قال جينغ إكسيا، الأستاذ المشارك في الفيزياء وعلوم  الفلك في جامعة «يو سي آي» «نعمل حاليًا على استكشاف احتمال صنع حواسيب كمومية طوبولوجية خلال المئة عامٍ القادمة.» وتطور المواد ثنائية الأبعاد تحت ظروف باردة جدًا بالاستعانة بمقياس تداخل ساجناك ذي الألياف البصرية؛ وهو مجهر مغناطيسي حساس من صنع جينغ إكسيا يستطيع تحليل عينات مواد ضئيلة بدقة.

مواد متقدمة للحواسيب الكمومية

طور باحثو جامعة كاليفورنيا مركبًا أسموه تيلوريد الجرمانيوم الكرومي «سي جي تي»، وهو شريط كربوني فائق الرقة، وتمامًا كالجرافين، ويمكن أن يحل مكان السيلكون في الأجيال القادمة من الحواسيب. وعلى الرغم من التشابه بين المادتين، إلا أن مادة «سي جي تي» تمتلك خصائص مغناطيسية قابلة للاستخدام في الأنظمة التخزينية.

وفي دراسة أخرى نشرت في مجلة ساينس أدفانسيز، تتبع فريق الجامعة مادة أخرى ثنائية الأبعاد، بمقياس التداخل ساجناك، واكتشف أن التداخل بين عنصري البزموت والنيكل يحمل في طياته موصلية فائقة قادرة على كسر التماثل في قوانين الفيزياء عند الظروف الافتراضية التي ينعكس فيها الزمن.

وتوصل المادتين إشاراتها الإلكترونية عبر فيرميونات ديراك وماجورانا، وليس عبر الإلكترونات مثلما هو الحال في السيلكون، بالإضافة إلى أن انعدام كتلة هذه الجسيمات يمكنّها من الانتقال بسرعة الضوء ما يجعلها مثالية لعمليات «التجديل» اللازمة في الحوسبة الكمومية.

قال إكسيا في دراسة أخرى نشرت في مجلة نيتشر ماتيريالز «تكمن القضية في محاولة تحقيق هذا  الإنجاز عند درجة حرارة مناسبة» ما يعني أنه من الممكن تحقيق الاستقرار في الأسطح ثنائية الأبعاد اللازم لتشغيل الحواسيب الكمومية، إضافة إلى أن الحواسيب الكمومية المتوافرة حاليًا تخضع لظروف متطرفة لتسمح بتشغيل البيانات الكمومية «كيوبيتس.» وتعدّ البيانات الكمومية القلب النابض لما  يجعل الحواسيب الكمومية ذات أداءٍ عالٍ، وبعكس البيانات التقليدية «بِت»، فإن البيانات الكمومية توجد بقيمتي صفر وواحد في الوقت ذاته، ما يتيح لها معالجة المعلومات بصورة أفضل. وهنا تأتي المواد ثنائية الأبعاد التي تحمل على عاتقها صنع معالجاتٍ أفضل للتحكم بهذه البيانات الكمومية.

وبمجرد تشغيل الحواسيب الكمومية في ظروف درجات  حرارة اعتيادية، يتوقع تغير طرق البحث التقليدية، ما يسمح بحل أعقد مشاكل العالم بسرعات غير مسبوقة.