التقنيات التي تم تمكينها بواسطة سيساعد علم الكم الباحثين على فهم العالم الطبيعي بشكل أفضل وتسخير الظواهر الكمومية لإفادة المجتمع. سوف يحولون الرعاية الصحية والنقل والاتصالات ، ويعززون القدرة على الصمود في وجه التهديدات السيبرانية والكوارث المناخية. على سبيل المثال ، ستمكّن مستشعرات المجال المغناطيسي الكمومي من التصوير الوظيفي للدماغ ؛ سوف تسمح الاتصالات البصرية الكمومية بالاتصالات المشفرة ؛ وستسهل أجهزة الكمبيوتر الكمومية اكتشاف مواد الجيل التالي للخلايا الكهروضوئية والأدوية.
تعتمد هذه التقنيات حاليًا على مواد باهظة الثمن ومعقدة في التحضير ، وغالبًا ما تتطلب عمليات تبريد مبردة باهظة الثمن وكبيرة الحجم لتشغيلها. تعتمد هذه المعدات على سلع ثمينة مثل الهيليوم السائل ، الذي أصبح مكلفًا بشكل متزايد مع تضاؤل العرض العالمي. سيشهد عام 2023 ثورة في الابتكارات في مواد الكم ، والتي ستحول تقنيات الكم. إلى جانب تقليل المتطلبات البيئية ، ستسمح هذه المواد بالتشغيل في درجة حرارة الغرفة وتوفير الطاقة ، فضلاً عن كونها منخفضة التكلفة ولها متطلبات معالجة بسيطة. لتحسين خصائصها الكمية ، يمكن لمختبرات البحث معالجة التركيب الكيميائي والتعبئة الجزيئية. الخبر السار هو أن الفيزيائيين والمهندسين كانوا مشغولين ، وسوف يشهد عام 2023 انتقال هذه المواد من مختبرات العلوم إلى العالم الحقيقي.
أعلن مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية في المملكة المتحدة مؤخرًا عن رؤية للابتكار في مواد تقنيات الكم ، بقيادة إمبريال كوليدج لندن وجامعة مانشستر. يتمتع مركز لندن لتقنية النانو – وهو عبارة عن تعاون بين مئات الباحثين عبر إمبريال وكينغز وجامعة كوليدج لندن – بخبرة كبيرة في محاكاة أنظمة الكم وتوصيفها. افتتح المختبر الفيزيائي الوطني في المملكة المتحدة مؤخرًا معهد القياس الكمي ، وهو منشأة بملايين الجنيهات مخصصة لتوصيف تقنيات الكم والتحقق منها وتسويقها. من خلال العمل معًا ، سيبدأ الباحثون والصناعة في حقبة جديدة في المستحضرات الصيدلانية والتشفير والأمن السيبراني.
تعتمد Qubits ، اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، على مواد ذات خصائص كمومية ، مثل دوران الإلكترون ، والتي يمكن التلاعب بها. بمجرد أن نتمكن من تسخير هذه الخصائص ، يمكننا التحكم فيها باستخدام المجالات الضوئية والمغناطيسية ، مما يخلق ظواهر كمومية مثل التشابك والتراكب. تتكون الكيوبتات فائقة التوصيل ، وهي أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا الكيوبت ، من تقاطعات جوزيفسون التي تعمل كموصلات فائقة (مواد يمكنها توصيل الكهرباء بدون مقاومة) عند درجات حرارة منخفضة للغاية (-273 درجة مئوية). تعني درجة الحرارة القاسية ومتطلبات التشغيل عالية التردد أنه حتى الجوانب الأساسية لهذه الكيوبتات فائقة التوصيل – العوازل – يصعب تصميمها. في الوقت الحالي ، تشتمل الكيوبتات على مواد مثل نيتريد السيليكون وأكسيد السيليكون ، والتي تحتوي على العديد من العيوب بحيث يجب أن تكون الكيوبتات نفسها في حجم المليمتر لتخزين طاقة المجال الكهربائي ، ويؤدي الحديث المتبادل بين الكيوبتات المجاورة إلى حدوث ضوضاء كبيرة. سيكون الوصول إلى ملايين الكيوبتات المطلوبة لجهاز كمبيوتر كمي عملي أمرًا مستحيلًا باستخدام هذه المواد.
سيشهد عام 2023 مزيدًا من الابتكار في تصميم المواد لتقنيات الكم. من بين العديد من المرشحين الرائعين الذين تم بحثهم حتى الآن (على سبيل المثال ، الماس الذي يحتوي على عيوب في النيتروجين ، ومواد Van der Waals / 2D ، والموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية) ، أنا متحمس للغاية بشأن استخدام المواد الجزيئية. تم تصميم هذه المواد حول أشباه الموصلات العضوية القائمة على الكربون ، وهي فئة ثابتة من المواد للتصنيع القابل للتطوير للإلكترونيات الاستهلاكية (التي أحدثت ثورة في صناعة شاشات OLED التي تقدر بمليارات الدولارات). يمكننا استخدام الكيمياء للتحكم في خصائصها البصرية والإلكترونية ، وتعتمد البنية التحتية المحيطة بتطويرها على الخبرة الراسخة.
على سبيل المثال ، المواد الجزيئية اللولبية ـ الجزيئات الموجودة كزوج من الصور المرآة غير القابلة للتركيب ـ ستحدث ثورة في تقنيات الكم. يمكن استخدام طبقات رقيقة أحادية اليد من هذه الجزيئات متعددة الاستخدامات بشكل ملحوظ للتحكم في دوران الإلكترونات في درجة حرارة الغرفة. في الوقت نفسه ، فإن أوقات تماسك الدوران الطويلة والاستقرار الحراري والكيميائي الجيد للفثالوسيانين المعدني ستجعلها تُستخدم لنقل المعلومات الكمومية.
في حين سيشهد عام 2023 بلا شك المزيد من العناوين الرئيسية حول سرعات تشغيل أجهزة الكمبيوتر والمواد الكمومية ، سيدرس العلماء واكتشاف وتصميم الجيل التالي من تقنيات الكم منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة والمستدامة.
اكتشاف المزيد من مباشر التقنية
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
