حالت کوانتومی پنهان ورتکس‌ها برای اولین بار کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا، در فیزیک کوانتوم، مفهوم حالت کوانتومی پنهان از جمله چالش‌هایی است که بیش از شش دهه ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود، این حالت‌ها در ورتکس‌های ابررسانا جای دارند و تلسکوپ‌های تجربی تا کنون توانایی آشکارسازی مستقیم آنها را نداشتند. با این وجود، پژوهش تیمی از مؤسسه نیلز بور دانشگاه کپنهاگ با استفاده از مواد طراحی‌شده و ورتکس‌های ابررسانا، توانست نسخه‌ای مصنوعی از شرایط لازم برای آشکارسازی این حالت‌ها را خلق کند (مقاله در Physical Review Letters منتشر شده)، اهمیت این کشف در برجسته ساختن ظرفیت‌های تازه برای توسعه کامپیوتر‌های کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی و انرژی ابررسانا نهفته است.

پروتوتایپ مصنوعی برای شناسایی حالت کوانتومی مخفی

در دهه ۱۹۶۰ نظریه‌هایی مطرح شد که وجود حالات کوانتومی در ورتکس‌های ابررسانا را پیش‌بینی می‌کردند؛ اما اندازه‌گیری مستقیم آنها به دلیل فشردگی انرژی، غیرممکن بود، پژوهشگران مؤسسه نیلز بور تصمیم گرفتند با روشی خلاقانه مسیر جدیدی را طی کنند؛ آنها سیلندر‌های نانومتری ابررسانا ساختند و با اعمال شار مغناطیسی، شرایط فیزیکی ورتکس را بازسازی کردند؛ این «مسیر پشتی» موجب شد به این حالات عجیب دسترسی عملی پیدا شود.

پیامد‌های کشف؛ از شبیه‌ساز تا کاربرد‌های فناورانه

کنترل و مشاهده حالات کوانتومی در ورتکس‌های ابررسانا می‌تواند تأثیر چندجانبه‌ای در چند حوزه فناوری داشته باشد:

گسترش شبیه‌سازی کوانتومی: پژوهشگران معتقدند مدل‌سازی این سیستم‌ها روی بستر هیبرید ابررسانا–نیمه‌هادی می‌تواند امکان شبیه‌سازی خواص جدید مواد را فراهم کند.

تحول در طراحی ابررساناها: کنترل بهتر ورتکس‌ها می‌تواند بهره‌وری و مقاومت جریان را به‌طرز قابل توجهی بهبود ببخشد و کاربرد صنعتی و انرژی آنها را افزایش دهد.

گام به سوی پردازش کوانتومی کاربردی: این کشف می‌تواند بلوکی برای توسعه مبدل‌های کوانتیزه و کامپیوتر‌های کوانتومی باشد که از وجه هیبرید تقویت می‌شوند.

نقل‌قول از پژوهشگر ارشد

سائولیوس وایتیکیناس، رهبر پروژه از مؤسسه نیلز بور، می‌گوید:

«وقتی دیدیم که این حالات کوانتومی مخفی به‌صورت واقعی آشکار شدند، فهمیدیم بیش از صرفاً کنجکاوی علمی این است؛ این فرصت امکان توسعه شبیه‌ساز‌ها و کاربرد‌های فناورانه را می‌دهد».

بازنویسی دستاورد به چشم‌انداز گسترده‌تر

این موفقیت، فراتر از بحث بنیادی است، نشان می‌دهد که طراحی دقیق مواد کوانتومی می‌تواند مسیر جدیدی برای مهندسی مقیاس‌متوسط در کوانتوم باز کند، همچنین ایجاد شرایط مصنوعی برای آشکارسازی حالت‌هایی که تا امروز غیرقابل دسترس بوده‌اند، مسیر نوینی در راه توسعه کامپیوتر‌های کوانتومی مقاوم و شبیه‌ساز‌های پیشرفته برای مطالعه فاز‌های جدید ماده باز می‌کند.

کشف حالت کوانتومی پنهان در ورتکس‌های ابررسانا پس از ۶۰ سال انتظار، نقطه عطفی در فیزیک کوانتوم به شمار می‌آید، این دستاورد نه تنها فهم ما از ویژگی‌های کوانتومی را بهبود می‌بخشد، بلکه افق تازه‌ای در مسیر شبیه‌سازی کوانتومی، محاسبات کوانتومی و طراحی مواد ابررسانا می‌گشاید. ادامه تحقیقات در این زمینه (به‌ویژه توسعه مواد هیبرید) می‌تواند کاربرد‌هایی ملموس در فناوری‌های کوانتومی آینده ایجاد کند، پیشنهاد می‌شود پژوهشگران این حوزه، به‌ویژه روی حوزه‌هایی، چون پایداری حالت‌ها، انتقال به سیستم‌های عملی و مقیاس‌پذیری ساخت مواد تمرکز کنند. به این شکل، ممکن است بزودی شاهد تحولی بنیادین در فناوری کوانتوم باشیم.

∎