للمرة الأولى تحديد موقع ذرة

تمكن الباحثون من تحديد الموقع الدقيق لذرة واحدة باستخدام المجهر المسحي النفقي (STM) بدقة تباين في النطاق الذري، وهذا التطور الجديد هو خطوة كبيرة على طريق بناء حوسبة كمومية أكثر دقة.

لأول مرة في التاريخ: تحديد موقع ذرة

تمكن باحثون كموميون أستراليون من مركز الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا الاتصالات من تحديد موقع ذرة واحدة في بلورة سيليكون بدقة عالية، وهو إنجاز كاد أن يكون مستحيلاً من الناحية العملية دون تحريك الذرات عن موقعها الأصلي.

وقالت الباحثة المشاركة في الدراسة خوانيتا بوكويل من جامعة نيو ساوث ويلز  (UNSW): "تمكنا من الحصول على صور عالية الدقة لذرات الفوسفور والزرنيخ الفردية المانحة تحت سطح السيليكون".

صورة STM تبين الموقع الدقيق لذرة الفوسفور داخل السيليكون

وضع الباحثون ذرات الفوسفور الفردية في بلورة السيليكون، حيثُ إن هذه الذرات المرشحة الكبرى يتم استخدامها كبتات كمومية أو كيوبتات، وعلاقة هذا البحث بالكيوبتات هو السبب الذي يجعل هذا البحث ذا أهمية كبيرة، حيثُ إن تحديد موقع الكيوبتات بدقة سيساعدنا في صناعة حوسبة تتميز بالسرعة الفائقة والدقة، ويرجع ذلك إلى الحالات المتعددة التي يمكن أن تحتلها الكيوبتات (بالمقارنة مع النظام الثنائي المستخدم في أجهزة الكمبيوتر الحالية).

ويرأس لويد هولنبيرج- نائب مدير المركز والأستاذ في جامعة ملبورن- برنامجاً نظرياً واسع النطاق يجمع بين هذه الجهود مع بيانات مبنية على الصور التي تم التقاطها باستخدام المجهر المسحي النفقي  (STM)، وهو الاختراع الذي حاز مصنعوه - جيرد بينيج وهاينريخ روهرير – على نصف قيمة جائزة نوبل للفيزياء في عام 1986.

الاقتراب من الاكتمال الكمومي

يقول الدكتور محمد عثمان من جامعة ملبورن الذي قاد الدراسة: "كان من الصعب فهم الصور في البداية".

وأضاف: "أظهرت الصور مجموعة رائعة من التماثلات التي بدت منيعةً على التفسير، ولكن عندما تم الأخذ في الاعتبار بيئة الحالة الكمومية في المعالجة النظرية، أصبحت الصور فجأة منطقية إلى حد كبير".

إن نجاح النظام الجديد قد يقربنا أكثر إلى تحسين تقنياتنا لنتمكن في نهاية الأمر من بناء جهاز كمبيوتر كمومي قائمٍ على السيليكون، والذي نأمل أن يبدأ عهد هندسة الحوسبة الكمومية الأكثر دقة.

ونوه هولنبيرج على دقة الصور قائلاً: "تحمل صور STM تفصيلاً مذهلاً، والتي تبين أطراف دالة الموجة الإلكترونية المانحة البارزة من سطح السيليكون، التي تتفاعل مباشرة مع طرف المجهر المسحي النفقي، وبالتالي فإن الصور النهائية حساسة للغاية لموقع الذرة المانحة المطلق".