الكيوبتات الجزيئية: ذاكرة طويلة في درجة حرارة الغرفة سريع

الأصل: "Triangulene-based diradicals as a blueprint for molecular quantum platforms with optical addressability and long spin coherence times"
arXiv:2607.08634 · 2026-07-09 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
يمكن للجزيئات العضوية ثنائية الجذر أن تكون أساسًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعمل دون درجات حرارة منخفضة للغاية.

في قلب حاسوب كمومي مستقبلي قد يكون جزيء عضوي صغير يشبه المثلث. يمتلك هذا الجزيء إلكترونين "إضافيين" لا يجدان لهما زوجًا. تسمى هذه الجزيئات بالجذور الثنائية (diradicals)، وإلكتروناتها قادرة على تخزين المعلومات بطريقة خاصة، وهي الطريقة الكمومية.

الحالة الأرضية لهذه الجزيئات هي حالة ثلاثية (triplet)، مع فجوة تصل إلى أول حالة مفردة (singlet) تبلغ تقريبًا 0.5 إلكترون فولت. وهذا يشبه بنية مراكز النيتروجين-الشاغر (NV centers) في الماس، وهي كيوبتات صلبة شائعة.

درس مؤلفو العمل، باستخدام حسابات دقيقة من المبادئ الأولى، ثلاثة أشكال: ثلاثي الأنجولين النقي (triangulene)، ومشتقه الذي يحتوي على ذرة نيتروجين، وبلورة ذات شكل أكثر تعقيدًا. واتضح أنه إذا أزلنا جميع النوى المغناطيسية المحيطة (باستبدال الهيدروجين بالديوتيريوم ووضع الجزيء في بيئة خالية من النوى)، فإن زمن الترابط الكمومي للجزيء يصل إلى 0.21 ميلي ثانية عند درجة حرارة 10 كلفن. هذا يشبه فقاعة صابون هشة تبقى في الهواء لمدة ربع ثانية تقريبًا — وهي مدة طويلة جدًا في العالم الكمومي.

لكن المفاجأة الكبرى كانت في درجة حرارة الغرفة. زمن الاسترخاء (T1)، أي عمر الحالة المغزلية المثارة، للجزيء المحتوي على النيتروجين بلغ 27 ميلي ثانية. المعلومات لا تضيع بشكل شبه فوري، كما يحدث غالبًا، بل تعيش لفترة كافية للعمل معها. علاوة على ذلك، أظهر العلماء أنه يمكن التحكم في السبين (spin) باستخدام الضوء — أي نقل الإلكترونات بشكل انتقائي بين الحالات، وبالتالي قراءة البيانات وكتابتها.

زمن 0.21 ميلي ثانية عند 10 كلفن هو تقريبًا نفس مدة ومضة البرق الواحدة. بالنسبة لكيوبت جزيئي، هذه مدة ضخمة يمكن خلالها تنفيذ مئات العمليات الكمومية.

فكرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية الجزيئية تذكرنا بـ"النقاط الكمومية" في رواية غريغ إيغان "الحجر الصحي" (Quarantine)، حيث تتم معالجة المعلومات على مستوى الجسيمات الفردية.

العلماء
David DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart BellLouis de BroglieLov GroverPaul Benioff
المفاهيم
حالة ثلاثية كوبيت الحالة الصلبة لغز غزل البروتون تشابك ثلاثة فوتونات نظام كمومي جزيئي سترونشيوم بنزين