مادة

أيون

ذرة أو جزيء بشحنة كهربائية صافية بسبب فقدان أو اكتساب إلكترونات، يُستخدم هنا ككيوبتات.
3 مقالات ذات صلة

الوصف

الأيون هو ذرة أو جزيء فقد أو اكتسب إلكترونًا واحدًا أو أكثر، مما يمنحه شحنة كهربائية صافية موجبة أو سالبة. هذه الشحنة تجعل الأيونات تستجيب للمجالات الكهربائية والمغناطيسية، ولهذا تُستخدم ككيوبتات في الحواسيب الكمومية ذات الأيونات المحصورة. في مثل هذه الأنظمة، تُحتجز الأيونات في مكانها بواسطة مصائد كهرومغناطيسية وتُعالَج بالليزر لتنفيذ عمليات كمومية.

التاريخ

صاغ مايكل فاراداي مصطلح 'أيون' في عام 1834، استنادًا إلى الكلمة اليونانية التي تعني 'سائر'، لأن الأيونات تتحرك نحو الأقطاب في مجال كهربائي. وقد اقترح إغناسيو سيراك وبيتر زولر استخدام الأيونات المحصورة ككيوبتات في عام 1995، وتلت ذلك أولى التجارب الناجحة بعد ذلك بوقت قصير.

كيف يعمل

عندما تفقد الذرة إلكترونًا، تصبح أيونًا موجب الشحنة؛ وعندما تكتسب إلكترونًا، تصبح سالبة الشحنة. تسمح الشحنة بحصر الأيونات باستخدام مجالات كهربائية في مصيدة باول، حيث تشكل بنية شبيهة بالبلورة. ثم تُستخدم أشعة الليزر لإثارة الأيونات إلى حالات كمومية مختلفة، وتعمل مستويات طاقتها الداخلية كحالتي 0 و1 للكيوبت. تتفاعل الأيونات مع بعضها البعض من خلال التنافر الكولومبي، مما يتيح عمليات التشابك.

في التطبيق

تُستخدم الأيونات المحصورة في الحواسيب الكمومية للأبحاث والحسابات صغيرة النطاق، وكذلك في مطياف الكتلة للتحليل الكيميائي، وفي الدافعات الأيونية لدفع المركبات الفضائية.

حقيقة طريفة

بُني أول حاسوب كمومي بأيونات محصورة في عام 1995، ويمكن للإصدارات الحالية الحفاظ على الترابط الكمومي لأكثر من دقيقة، وهي مدة طويلة بشكل ملحوظ لنظام كمومي.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 3

الثوريوم-229: بطارية كمية ذرية
تخيل بندولين معلقين على خيط مشترك: ادفع أحدهما، وسيبدأ الآخر بالتأرجح، وبعد لحظة يتلقى الأول دفعة استجابة. في ذرة الثوريوم-229 يحدث شيء مشابه: الطاقة تنتقل بين الغلاف الإلكتروني والنواة تقريبًا دون فقدان.
كيوبتات غير مرئية: كيف تُخرج الأيون من اللعبة
ثلاث ذرات أيتربيوم مشحونة مصطفة على شكل مثلث داخل مصيدة كهرومغناطيسية. عادةً ما تتواصل جميعها مع بعضها البعض، مثل ثلاثة أشخاص حول طاولة واحدة يتبادلون الأحاديث باستمرار. لكن إذا خرج أحدهم إلى الغرفة المجاورة، يستمر الحديث بين الاثنين الباقيين.
كيف يلتقط أيون الفضة الأكسجين في مصيدة
في السحب الباردة المخلخلة في الفضاء، نادرًا ما تلتقي الجسيمات، لكن أحيانًا يمر أيون وجزيء متعادل قريبين بما يكفي ليلتصقا ببعضهما. عندها يبعثان ضوءًا — مثل ومضة خافتة تحمل الطاقة الزائدة. تُسمى هذه العملية بالارتباط الإشعاعي (radiative association)، وهي مسؤولة عن ظهور العديد من الجزيئات في الفضاء بين النجمي.