راز ۶۰ ساله کوانتومی با یک آنتن خراب کشف شد / سرعت در پیشرفت کامپیوتر‌های کوانتومی

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، حدود ۶۰ سال پیش نیکولاس بلومبرگن فیزیکدان و برنده جایزه نوبل، یک پدیده جدید را با عنوان رزونانس الکتریکی هسته، پیش بینی کرد، اما هیچکس تا به امروز قادر به شناسایی آن نبود.

شواهد واقعی رزونانس الکتریکی هسته بصورت تصادفی و به لطف تجهیزات ناقص در آزمایشگاه دانشگاه نیوساوت ولز (UNSW) در استرالیا، کشف شد. این کشف به دانشمندان سطح جدید از دانش را داد که می‌تواند به پیشرفت کامپیوتر‌های کوانتومی سرعت ببخشد.

ایده اصلی این پدیده کنترل اسپین هسته تک اتم با استفاده از میدان‌های الکتریکی است نه میدان‌های مغناطیسی. به این معنا که کنترل دقیق هسته می‌تواند تاثیرات عمیقی در میدان‌های مختلف داشته باشد.

آندریا مورلو فیزیکدان کوانتوم در UNSW گفت: «این کشف به این معناست که ما یه راه برای ساخت کامپیوتر‌های کوانتومی با اسپین تک اتمی بدون نیاز به هیچ میدان مغناطیسی نوسانی، پیش رو داریم. همچنین می‌توانیم از این هسته‌ها به عنوان سنسور‌های دقیق میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی یا برای جواب دادن به سوالات اساسی در کوانتوم استفاده کنیم.»

در بعضی از شرایط، رزونانس الکتریکی هسته این پتانسیل را دارد که جایگزین روزنانس مغناطیسی شود که امروزه به طور گسترده برای اهداف مختلف، اسکن بدن، عناصر شیمیایی، تشکیل سنگ و ... کاربرد دارد.

مشکل استفاده از مغناطیس این است که این نوع از میدان نیازمند جریان قدرتمند، سیم پیچ‌های بزرگ و فضای قابل توجهی است. برای مثال فضایی به اندازه اسکنر‌های تصویربرداری روزنانسی مغناطیسی (FMRI) در بیمارستان‌ها. از جهت دیگر نیز رزونانسی مغناطیسی مشکلاتی دارد، این ابزار بلانت است. اگر می‌خواهید هسته‌های تک اتمی را کنترل کنید (برای محاسبات کوانتومی یا سنسور‌های بسیار کوچک) رزونانس مغناطیسی هسته‌ای ابزار مناسبی برای کار نیستند.

مورلو ادامه داد: «عمل رزونانس مغناطیسی شبیه به این است که بخواهید یک توپ را روی میز بیلیار با استفاده از بلند کردن و تکان دادن میز، جابجا کنید. ما میز را تکان می‌دهیم تا توپ مورد نظر را جابجا کنیم، اما بقیه توپ‌ها هم تکان می‌خوردند. رزونانس الکتریکی شبیه به دست گرفتن چوب بیلیارد و ضربه زدن به توپ مورد نظر است.»

 

همه این آزمایشات که باعث شد محققان UNSW معمایی که بلومبرگن درسال ۱۹۶۱ ایجاد کرده بود کشف کنند، تنها بخاطر یک آنتن شکسته اتفاق افتاد. در نهایت محققان به این نتیجه رسیدند که دستگاه آن‌ها خراب نبوده و درواقع رزونانس الکتریکی هسته را نشان می‌داده است.

 

بعد از آن با مدلسازی‌های کامپیوتری، گروه توانست نشان بدهد، میدان‌های الکتریکی می‌توانند روی هسته اساسی اثر بگذارند، پیوند‌های اتمی اطراف هسته را تحریف کرده و آن‌ها را تغییر بدهند. اکنون دانشمندان می‌دانند که رزونانس الکتریکی هسته‌ای چگونه کار می‌کند. علاوه بر این می‌توانیم این کشف را نیز به لیست بلند کشفیات مهم تصادفی اضافه کنیم.

مورلو گفت: «این نتیجه گنجینه‌ای از اکتشافات و کاربرد‌ها را برای ما می‌گشاید. سیستمی که ساخته ایم به اندازه کافی برای مطالعه اینکه چگونه دنیای کلاسیکی که ما هر روز آن را تجربه می‌کنیم از قلمرو کوانتومی پدید می‌آید، پیچیده است. علاوه بر این ما می‌توانیم از پیچیدگی‌های کوانتومی برای ساخت سنسور‌های میدان‌های الکترومغناطیسی با حساسیت بیشتر استفاده کنیم. همه این‌ها می‌توانند در یک دستگاه الکترونیکی از جنس سیلیکون ساخته شده و با ولتاژ کم اعمال شده بر الکترود‌های فلزی کنترل شود.»