لأول مرة يتمكن العلماء من تكوين حلقة مستقرة من الكربون النقي!

توصل العلماء إلى أنه يمكن لذرات الكربون في الجزيء أن تترتب في عدد من التكوينات المختلفة، فعندما تُكَون ذرة كربون روابط مع ثلاث ذرات كربون أخرى يتكون الجرافيت اللين نسبيًا، وإذا أضفنا ذرة كربون أخرى، يتكون أحد أصلب المعادن المعروفة وهو الماس، أما إذا رتبنا 60 ذرة كربون على شكل كرة قدم نحصل على الفُليرينات وهي أحد أول الجزيئات النانوية المكتشفة.

ولكن ماذا إذا حاولنا تكوين حلقة من ذرات الكربون، حيث ترتبط فيها كل ذرة كربون بذرتين أخرتين فقط؟ هذه المعضلة حيرت العلماء لأكثر من 50 عامًا، وكانت أفضل محاولتهم هو الحصول على حلقة كربونية غازية، والتي تبددت بسرعة.

ولكن الآن، ولأول مرة تمكن باحثون من جامعة أكسفورد ومنظمة IBM للبحث العلمي من ابتكار حلقة مستقرة من الكربون النقي.

هذه الحلقة الكربونية والتي تسمي سيكلو كربون، تتكون من 18 ذرة كربون، وتعد أصغر سيكلو كربون مستقر حراريًا، والصورة في أول المقال هى صورة للحلقة أُلتقطت باستخدام تقنيات الفحص المجهري المتقدمة.

حتى الآن، أشارت الأبحاث التي أجريت على هيكل الحلقة الكربونية إلى أنها تعمل كأشباه موصلات، مما يُتيح إمكانية استخدامها في مجال صناعة الإلكترونيات، وكذلك يمكن من خلالها الحصول على المواد الغنية بالكربون.

لتحقيق هذا الإنجاز الرائع، بدأ العلماء بتوليف أكسيد السيكلوكربون الثلاثي C₂₄O₆، هذا هو ذرات الكربون الـ 18مرتبطة بستة جزيئات من أول أكسيد الكربون، كل جزيئان من جزيئات أول أكسيد الكربون مجتمعان في كل من الزوايا الثلاث للمثلث.

ثم قاموا بنقل هذا الهيكل إلى صفيحة من النحاس على سطحها طبقة من كلوريد الصوديوم مبردة في حجرة مفرغة إلى ما فوق الصفر المطلق. هذا يوفر سطح خامل يحافظ على استقرار الهيكل.

بعد ذلك، وباستخدام مجهر القوة الذرية atomic force microscope، قام الفريق بإخراج جزيئات أول أكسيد الكربون من الهيكل تاركًا ذرات الكربون في الحلقة فقط.

بالطبع العملية أصعب بكثير مما تبدو عليه، لم يتمكن العلماء دائمًا من إخراج كل جزيئات أول أكسيد الكربون دون انهيار هيكل الحلقة، لذلك وفي كثير من الحالات، حصل العلماء بدلاً من ذلك على جزيئات أخرى مثل C₂₂O₄ و C₂₀O₂ (انظر الصورة أعلاه).

ماذا الآن؟ حسنا، هذا لا يزال غير واضح قليلا. ستحتاج عملية بناء السيكلوكربونات إلى التحسين من أجل الحصول على إنتاج أكبر، ففي الوقت الحالي، يمكن بناء حلقة كربونية واحدة فقط في نفس الوقت، لذلك يخطط الفريق لإيجاد طرق أكثر فعالية لبناء مركبات سيكلوكربونية متعددة في وقت واحد.

بعد أن تمكن العلماء من إنتاج حلقة كربونية مستقرة، يسعى العلماء الآن إلى دراسة تطبيقاتها وإمكانية استخدامها كأشباه موصلات في صناعة الإلكترونيات، أو استكشاف خواص جديدة للحلقة، واستخدامها كوحدة بناء، لبناء هياكل أكثر تعقيدًا.

المصدر: ScienceAlert

إجراء أول نقل عن بعد كمومي لمعلومات كمية!

حان الوقت للاحتفال بحدث رائع في مجال الفيزياء الكمية، حيث تمكن العلماء من إجراء أول نقل عن بعد كمومي لمعلومات كمية استناداً إلى ثلاث حالات. الأمر الذي فتح مجموعة هائلة من الاحتمالات الجديدة للحوسبة الكمية والاتصالات.

وحتى الآن، لم يكن التنقل الكمي عن بُعد ممكنا إلا باستخدام البِت الكمومي quibits وإن كان على مدى مسافات طويلة. وتشير دراسة جديدة إلى أن الشبكات الكمية المستقبلية ستكون قادرة على حمل بيانات أكثر بكثير وبتدخل أقل مما اعتقدنا.

إذا كنت تسمع بفكرة الكيوريت quirit لأول مرة دعنا نتخد خطوة إلى الوراء: الأمر ببساطة أن وحدات البيانات الصغيرة التي نعرفها في الحوسبة التقليدية (بيتات-Bits) قد تكون في إحدى الحالتين: صفر (0) أو واحد (1). ولكن في الحساب الكمي تختلف المعادلة لأن الوحدة المستخدمة هي الكيوبيت quibit والذي يمكن أن يكون صفر (0) وواحد(1) في نفس الوقت، وتسمى هذه الظاهرة بالتراكب الكمومي superposition.
أما الكيوتريت qutrit فلها نفس العلاقة مع التريت trit، أي نضيف احتمالات متراكبة للوحدات الكلاسيكية التي يمكن تمثيلها على أنها صفر (0)، واحد (1) أو اثنان (2). ويمكن أن تكون الكوتريت جميع الاحتمالات في الوقت نفسه، مما يجعل من هذا قفزة نوعية من حيث قدرة المعالجة الحاسوبية أو كمية المعلومات التي يمكن إرسالها في آن واحد.

كما أنه يضيف مستوى من التعقيد للباحثين في مجال الكمبيوتر الكمي.

الآن بما أننا لدينا فكرة عن الكيوتريت، ما هو الانتقال الكمي Quantum teleportation؟

الانتقال الكمي هو الحصول على معلومات كمية من مكان إلى آخر، من خلال ظاهرة تعرف باسم التشابك الكمي quantum entanglement، أو كما سماها ألبرت أينشتاين “تأثير شبحي عن بعد-spooky action at distance”، وهو المكان الذي تترابط فيه جزيئتان كميتان (أو مجموعات من الجسيمات)، بحيث تكشف إحداهما عن خصائص الأخرى مهما كانت متباعدة من الناحية الفيزيائية.

إنه ليس انتقالاً فورياً كما يعرضه الخيال العلمي، بل هو انتقال للبيانات من مكان ما بالاعتماد على نفس البيانات من مكان آخر وذلك عبر مسافة كبيرة. ويمكن إرسال هذه المعلومات الكمية عبر فوتونات الضوء، وأحد الاستخدامات التي قد نراها في المستقبل هو إنشاء شبكات إنترنت غير قابلة للاختراق حيث ستحميها قوانين الفيزياء الأساسية.

وبتقسيم مسار الفوتون إلى ثلاثة أجزاء قريبة جدا من بعضها البعض عن طريق وضع معاير بدقة لأشعة الليزر، وباستخدام مقسم الأشعة وبلورات بورات الباريوم؛ تمكن الباحثون من إنشاء الكيوتريت وإنتاج حالة من التشابك الكمي.

وبعد قياس 12 حالة من التشابك الكمي، أنتج النظام نتيجة تقدر ب 0.75، وهي نتيجة دقيقة ثلاثة أرباع الوقت. وبينما يبقى الإعداد بطيئاً وغير فعّال، فإنه يكفي لإظهار إمكانية انتقال (كيوتريت) عن بعد كما يقول الباحثون.

يقول دانيال ڠاريستو Daniel Garisto في مجلة Scientific American:

“يبدو أن العلماء تم ضربهم بفريق منفصل!”

حيث سجلت المجموعة الثانية من العلماء انتقال (كيويرت) عبر 10 حالات فقط لكن لم يتم قبول بحثهم بعد.

وأياً كانت مجموعة العلماء التي تستطيع أن تدعي حقاً أنها وصلت إلى هذا المستوى الجديد من الانتقال أولاً، فإنها تعد لحظة مهمة في ميدان الاتصالات الكمية، حتى ولو كان استخدامها العملي محدوداً في الوقت الحالي.

ويقول الفريق أيضا أنه ينبغي عليهم أن يكونوا قادرين على تحسين نظامهم في المستقبل، ربما إلى المستويات العالية للكيوكوارتس ququarts ( الكيوكوارتس: كيوريتس qurits مع بيت bit إضافي)

كتب الفريق في ورقتهم البحثية:

“يجمع عملنا بين الأساليب السابقة لنقل جسيمات مركبة تحتمل حالتين ودرجات متعددة محررة،كما يوفر عملنا مجموعة كاملة من الأدوات لنقل الجسيمات الكمية سليمة”

“ونتوقع أن تمهد نتائجنا الطريق لتطبيقات التكنولوجيا الكمية في الأبعاد العالية، لأن النقل عن بُعد يؤدي دوراً محورياً في معيدات الكم والشبكات الكمية”

المصدر:

Sience Alert

 

لا تنس تقيم المقال (: