image/svg+xml
FREE PALESTINE

لاحظ الفيزيائيون أخيرًا حالة المادة الغريبة التي تم التنبؤ بها لأول مرة في عام 1973

يقف اثنان من علماء الفيزياء في الفريق مع جهاز محاكاة الكم.
Lukin و Semeghini مع المحاكي الكمومي الذي أنتج سائلًا كموميًا.
صورة فوتوغرافية: كريس سنايب / مصور فريق هارفارد

لاحظ فريق من الباحثين حالة لم يسبق لها مثيل من المادة تسمى سائل الدوران الكمومي عن طريق اللعب بالدوران على ذرات الروبيديوم فائقة التبريد باستخدام جهاز محاكاة الكم. هذا الاكتشاف له آثار على طريقة عمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، وربما في يوم من الأيام ، البيئات التي يمكن أن تكون فيها المواد فائقة التوصيل.

يوجد الكثير من الحالات (المعروفة أيضًا باسم مراحل) المادة لاكتشاف ما وراء المواد الصلبة والسائلة والغازية التقليدية من الكيمياء 101. تشير حالة الشيء إلى بنيته على المستوى الذري وخصائصه – على سبيل المثال ، مدى صلابة هياكله الجزيئية أو كيفية ترتيب إلكتروناته حول النواة الذرية .

تم التنبؤ بوجود حالة معينة من المادة ، تسمى سائل الدوران الكمي ، في عام 1973 من قبل الراحل فيليب دبليو أندرسون ، وتم دراستها منذ ذلك الحين. لكن البحث في الدولة كان مليئًا بالمحاذير: “المستجدة، “التقريبي،” و “مرشحسوائل الدوران الكمومي كثرت. يقول الفريق الأخير – وهو مجموعة من العلماء من جامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة إنسبروك في النمسا – إنهم وجدوا مثالًا على الشيء الحقيقي وأنهم نشرت ملاحظاتهم في مجلة العلوم.

“عندما اقترح PW Anderson لأول مرة فكرة هذه الحالات السائلة المغزلية ، كان يبحث بالضبط عن نموذج مجهري محتمل لشرح الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية” ، هكذا قالت جوليا سيميجيني ، المؤلف الرئيسي للورقة والفيزيائية الكمومية في جامعة هارفارد ، لـ Gizmodo في البريد الإلكتروني. في حين أن العلاقة بين السوائل الدورانية الكمومية والموصلات الفائقة الدافئة لا تزال غير واضحة ، فقد تم تطوير مثل هذا النموذج المجهري الآن.

للعثور على حالة المادة ، استخدم الفريق شيئًا يسمى محاكاة الكم لتقليد الفيزياء التي تحدث في المواد الصلبة وصولاً إلى المستوى الذري. يستخدم جهاز المحاكاة أشكالًا هندسية لتمثيل اتجاه 219 ذرة من الروبيديوم في شبكة ، والتي تمكن الفريق بعد ذلك من معالجتها كيفما أرادوا. (يُطلق على الآلة اسم المحاكاة الكمومية لأنها ليست كمبيوتر كمي تمامًا ؛ إنها نظام من البتات الكمومية تم إعدادها للتحقيق في مشكلة معينة).

قد تحصل G / O Media على عمولة[[“CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/physicists-finally-observe-an-exotic-state-of-matter-fi-1848145197″]و[“ns:unique”,”CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/physicists-finally-observe-an-exotic-state-of-matter-fi-1848145197″]و[“Embedded Url”,”CommerceInsetMobile”,”https://stacksocial.com/sales/the-premium-learn-to-code-2021-certification-bundle?aid=a-efnv1nsd&utm_source=theinventory.com&utm_medium=referral&utm_campaign=the-premium-learn-to-code-2021-certification-bundle_040221&utm_term=scsf-484652″,{“metric25”:1}]]’href = “https://stacksocial.com/sales/the-premium-learn-to-code-2021-certification-bundle؟aid=a-efnv1nsd&utm_source=theinventory.com&utm_medium=referral&utm_campaign=the-premium-learn-to -code-2021-الشهادات-bundle_040221 & utm_term = scsf-484652 “data-linktype =”[t|mod-all” target=”_blank” rel=”nofollow”>Premium Learn to Code 2021 Certification Bundle99% offPremium Learn to Code 2021 Certification Bundle$18 at StackSocial

“It is a very special moment in the field,” said Mikhail Lukin, a physicist at Harvard University and a co-author of the paper, in a university press الإصدار. “يمكنك حقًا لمس هذه الحالة الغريبة وكزها وحثها والتلاعب بها لفهم خصائصها … إنها حالة جديدة من المادة لم يتمكن الناس من ملاحظتها أبدًا.”

الحالة الكمومية ليست سائلة بالطريقة التي قد تفكر بها ؛ الذرات التي درسها الفريق لم تكن تتدحرج في حد ذاتها. بدلاً من ذلك ، كانت السبينات الإلكترونية للروبيديوم ضعيفة وغير متفق عليها أبدًا.

المتضارب والمتغير باستمرار الإلكترون سبين يجعل المعادن في حالة سائلة كمومية “محبطة” ، حسب لغة العلماء ، لأنهم لا يستطيعون محاذاة كيف يميلون. تعد السوائل الدورانية الكمومية من بين أكثر الحالات الكمومية تشابكًا ، وكلما كان النظام أكثر تشابكًا ، كان أقوى – مما يعني أن الكمبيوتر الكمومي أقل عرضة للسقوط من التراكب.

“في الواقع ، يبدو أن الحالة المهندسة تظهر الخصائص الرئيسية للتشابك الكمومي في QSL ، وهو أمر رائع !!!” كتب روبرت ماكوين ، الفيزيائي في جامعة ولاية أيوا ومختبر أميس ، في رسالة بالبريد الإلكتروني. “إن العمل المستقبلي المحتمل الذي سيتبعه حتما هو أكثر إثارة ، لأن نهج الذرة الباردة قابل للتكيف بدرجة كبيرة وقابل للضبط.”

عندما تصبح الأشياء باردة بدرجة كافية ، تصبح المادة المكثفة (المواد الصلبة) منظمة إلى حد ما. إنه هذا الترتيب الذي يجعل الأنظمة فائقة التوصيل مفيدة جدًا لإجراء تجارب علمية دقيقة ، بدءًا من تتبع تصادم الثقوب السوداء الهائلة إلى دفع الإلكترونات إلى أشعة ليزر عالية الطاقة لدراسة أصغر الهياكل التي نعرفها. ولكن عند تبريدها إلى ما يزيد قليلاً عن الصفر المطلق ، رفضت إلكترونات ذرات الروبيديوم هذا الترتيب من خلال وجودها في حالة من التدفق المستمر ، حتى في درجات الحرارة المنخفضة هذه: فقد أصبحت سائلًا كموميًا مغزليًا.

بتات الكمبيوتر هي حسب التعريف ثنائية ، مما يعني أنها إما تعمل أو لا تعمل (1 أو 0 ، في الكلام الثنائي). بدلاً من ذلك ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيوبتات ، والتي تعتمد على مبدأ التراكب ، مما يعني أنه يمكن التعامل معها على أنها تعمل وإيقاف تشغيلها في نفس الوقت ، مما يسمح للكمبيوتر بمتابعة العديد من الحلول في وقت واحد.

قال سيميجيني: “إن الوعد العظيم لسوائل الدوران الكمومية هو أنه يمكن استخدامها لتحقيق كيوبتات قوية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية”. “الطريقة النموذجية لتشفير الكيوبت هي في الواقع هشة جدًا للضوضاء والاضطرابات الخارجية. يؤدي ترميز المعلومات الكمومية في كيوبت طوبولوجي ، باستخدام حالات طوبولوجية مختلفة لسائل الدوران الكمي ، إلى ظهور كيوبت مقاوم جوهريًا للضوضاء “.

إذا كان الاتجاه الأول والأكثر موثوقية لإجراء هذا البحث هو صنع كيوبتات أكثر قوة ونتيجة لذلك فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر كفاءة ، الكأس المقدسة ستكون موصلات فائقة في درجة حرارة الغرفة. إنها ما كان أندرسون ، الذي كان يحلم بالسوائل الدورانية الكمومية ، يحاول العمل من أجلها ، وقد كان طموحًا للفيزياء (وصناعة الطاقة) منذ أن أدركت قوة الموصلية الفائقة. من بين أشياء أخرى ، فإن إزالة المقاومة من الدوائر الكهربائية في درجة حرارة الغرفة من شأنه أن يحدث ثورة في الشبكة الكهربائية كما نعرفها لأنه لن يكون هناك أي فقدان للطاقة بسبب الحرارة. قد يعني ذلك أيضًا حدوث تقدم حيثما تكون المغناطيسات فائقة التوصيل ضرورية حاليًا: في التقنيات الطبية مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي ، ومسرعات الجسيمات ، وفي القطارات فائقة السرعة. لكن الطريق طويل لنقطعه قبل أن نحقق هذا الحلم.

فيما يتعلق بما إذا كانت السوائل الدورانية الكمومية يمكن أن تساعد في معالجة الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة ، قال سيمغيني أن “تجربتنا لا تجيب مباشرة على هذا السؤال ، ولكن من الممكن أن الاستمرار في إجراء البحوث على هذه الأنواع من الأطوار الغريبة قد يساعد في فهم أفضل لأصل ارتفاع درجة حرارة الغرفة. الموصلية الفائقة في درجة الحرارة “.

المزيد: لماذا يواصل الفيزيائيون اكتشاف حالات جديدة للمادة؟

لا يوجد اعجابات