البرودة الشديدة تعطي الترانزستور خصائص غير متوقعة

في معهد فرجينيا للفنون التطبيقية، تم تبريد الترانزستور المنتج تجاريًا – واكتسب فجأة خصائص غير معهود تمامًا. لم يتفاجأ المجربون بهذا الاكتشاف، بل شرحوه، علاوة على ذلك، وجدوا تطبيقًا.

والذي تم اختباره تجريبياً على الفور، ويمكن الاطلاع على تفاصيله على الصفحات اتصالات الطبيعة. والنتيجة هي منصة أجهزة عصبية قابلة للبرمجة قادرة على العمل في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، وهو حل محتمل لتوسيع نطاق أجهزة الكمبيوتر الكمومية أو العمل في بيئات الفضاء السحيق.

لقد وجد الباحثون أنه عندما يتم تبريد ترانزستورات كربيد السيليكون إلى درجة حرارة أقل من 2 كلفن، فإنها تظهر صوتًا واضحًا المقاومة التفاضلية السلبية على شكل S، الناجم عن تأثير تأين الإلكترونات على مستويات الجهات المانحة. ببساطة، في المنطقة المشبعة بالنيتروجين من أشباه الموصلات، يبدو أن الإلكترونات تتجمد، وتنحني خاصية الجهد الحالي لترانزستور MOS الأكثر شيوعًا مثل الحرف S، مما يحوله إلى عنصر رئيسي بخصائص غير قياسية. وعلى عكس الأجهزة الأخرى التي تتطلب الحرارة لمثل هذه التحولات، فإن هذه الآلية مدمجة مباشرة في البنية الذرية للمادة، مما يضمن استقرارًا استثنائيًا وإمكانية تكرار النتائج.

يقول المهندس يانغ شين من جامعة هونغ كونغ (HKU): “هذا نهج قوي وقابل للتطوير بدرجة كبيرة. وبما أن كربيد السيليكون يستخدم بالفعل على نطاق واسع في السيارات الكهربائية وشبكات الطاقة، فيمكننا الاستفادة من خطوط الإنتاج الحالية لإنتاج رقائق مبردة على رقائق بحجم 300 ملم”.

يجب نقل الإلكترونيات التي تتحكم في الكيوبتات لأنها تولد الحرارة، وتصبح خطوط التوصيل البيني بمثابة عنق الزجاجة الذي يحد من قابلية التوسع وأداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

“يقترح عملنا منصة أجهزة يمكن دمجها على مقربة من المعالج الكمي. بفضل ديناميكيات حامل الشحنة الفريدة لكربيد السيليكون، يمكننا تجميع دوائر أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بآلاف المرات من الإلكترونيات التقليدية. وهذا يقلل بشكل كبير من الحمل الحراري على محطات التبريد،” يؤكد البروفيسور تشانغ يوهاو، الذي قاد الدراسة في جامعة هونغ كونغ.

استنادًا إلى ترانزستور واحد فائق التبريد (بالإضافة إلى الحد الأدنى من الأسلاك)، قام العلماء بتطوير واختبار ثلاثة أنواع من الدوائر العصبية:

• الخلايا العصبية الحسية,
• الخلايا العصبية ذات الارتفاع المنطقي (النبض) التي تؤدي العمليات و/أو،
• خلية عصبية متكاملة ومطلقة من نوعين فرعيين.

اتضح أنه من الممكن تتالي الخلايا العصبية، أي أنه من الممكن في المستقبل بناء شبكات كبيرة لمعالجة البيانات المعقدة – ستعمل هذه التكنولوجيا على زيادة كفاءة تصحيح الأخطاء الكمومية والتحكم في الأنظمة الكمومية في الوقت الفعلي.

بالإضافة إلى الحوسبة الكمومية، تعتبر الدوائر القوية مثالية للفضاء السحيق، حيث يجب أن تعمل الإلكترونيات بشكل موثوق في البرد القارس.