المرجع في الرابط: phy.cam.ac
قبل بدأ المقال، نرى أنه من المهم معرفة المصطلحات التالية:
في اكتشاف رائد، كشف الباحثون في مختبر كافنديش (Cavendish Laboratory) أن "عيبًا ذريًا واحدًا" في مادة ذات طبقات ثنائية الأبعاد يمكنه تخزين المعلومات الكمومية لمدة ميكروثانية في درجة حرارة الغرفة. يسلط هذا الاكتشاف المحوري الضوء على الإمكانات الهائلة للمواد الثنائية الأبعاد في تطوير تقنيات الكم.
لأول مرة، لاحظ العلماء تماسك الدوران في مادة رقيقة تعرف باسم نيتريد البورون السداسي (hBN). هذا التماسك، الذي يشير إلى قدرة دوران الإلكترون على الاحتفاظ بالمعلومات الكمومية بمرور الوقت، يحدث في الظروف المحيطة ويمكن معالجته باستخدام الضوء. ونظرًا لندرة المواد التي تظهر خصائص كمومية في درجة حرارة الغرفة، فإن هذا الاكتشاف له أهمية خاصة.
تؤكد الدراسة التي نُشرت في مجلة Nature Materials المرموقة أن تماسك الدوران في درجة حرارة الغرفة يتجاوز التوقعات الأولية. "تظهر النتائج أنه بمجرد كتابة حالة كمومية معينة على دوران هذه الإلكترونات، يتم تخزين هذه المعلومات لمدة جزء من المليون من الثانية تقريبًا، مما يجعل هذا النظام منصّة واعدة جدًا للتطبيقات الكمومية،" كما صرح كارم إم جيلاردوني، وهو عالم في مجال الكيمياء الحيوية، شارك في تأليف الصحيفة وزميله روبيكون في مختبر كافنديش. هذه المدة، على الرغم من أنها تبدو قصيرة، إلا أنها ملحوظة لأنها يتم تحقيقها دون الحاجة إلى شروط خاصة أو مغناطيسات كبيرة، مما يجعل النظام عمليًا للغاية.
نتريد البورون السداسي عبارة عن مادة رقيقة جدًا تتكون من طبقات مكدسة، يبلغ سمك كل منها ذرة واحدة فقط. تشبه هذه الطبقات أوراقًا متماسكة معًا بواسطة القوى الجزيئية. وفي بعض الأحيان، تحدث "عيوب ذرية" داخل هذه الطبقات، على غرار البلورة التي تحتوي على جزيئات محاصرة. تتمتع هذه العيوب بقدرة فريدة على امتصاص وإصدار الضوء في النطاق المرئي وتكون بمثابة مصائد محلية للإلكترونات. تسمح هذه الخاصية للعلماء بدراسة سلوك هذه الإلكترونات المحاصرة، وخاصة خاصية الدوران، التي تتفاعل مع المجالات المغناطيسية. ومن اللافت للنظر أنه يمكن التحكم في دوران الإلكترون ومعالجته باستخدام الضوء في درجة حرارة الغرفة.
يمهد هذا الاكتشاف الطريق للتطبيقات التكنولوجية المستقبلية، وخاصة في تكنولوجيا الاستشعار. ومع ذلك، كونه المثال الأول للتماسك الدوراني المُبلغ عنه في هذا النظام، هناك الكثير مما يجب استكشافه قبل أن يتم استخدامه بالكامل في التطبيقات العملية. يبحث الباحثون في طرق لتعزيز موثوقية وأداء هذه العيوب، بهدف تمديد وقت تخزين الدوران وتحسين النظام و إعدادات المواد و التي تعد بالغة الأهمّية لتكنولوجيا الكم، مثل استقرار العيوب وجودة الضوء المنبعث.
وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لمواصلة تطوير هذا النظام، واستكشاف تطبيقات مختلفة تتراوح من أجهزة الاستشعار الكمومية إلى الاتصالات الآمنة. وخلص البروفيسور ميتي أتاتوري، رئيس قسم الأبحاث الكمومية في مختبر كافنديش، الذي قاد المشروع، إلى أن "كل نظام واعد جديد سيوسع مجموعة أدوات المواد المتاحة، وكل خطوة جديدة في هذا الاتجاه ستعمل على تعزيز التنفيذ القابل للتطوير للتقنيات الكمومية. وتؤكد هذه النتائج وعد المواد ذات الطبقات لتحقيق هذه الأهداف".
هذا العمل الرائد لا يفتح آفاقًا جديدة للبحث الكمي فحسب، بل يقربنا أيضًا من تقنيات الكم العملية التي يمكن أن تحدث ثورة في مختلف المجالات. تعد القدرة على التحكم في الحالات الكمومية في درجة حرارة الغرفة دون شروط خاصة قفزة كبيرة إلى الأمام، وتبشر بمستقبل حيث تكون التكنولوجيا الكمومية أكثر سهولة وقابلة للتطوير.
