في الولايات المتحدة الأمريكية قاموا بإنشاء شريحة تتحكم في الصوت على المستوى الكمي

لماذا الصوت بدلا من الإلكترونات؟

ومع صغر حجم الرقائق، لم تعد القوانين المعتادة للفيزياء الكلاسيكية قابلة للتطبيق. تنتقل العمليات إلى المنطقة الكمومية، حيث تؤدي الحرارة والاهتزاز والتداخل الكهرومغناطيسي إلى تدمير الحالات الهشة بسهولة. ولمعرفة كيفية إدارة مثل هذه الأنظمة، كان العلماء بحاجة إلى نهج جديد. قرروا استخدام الموجات الصوتية أو الصوتية – فهي أسهل في التحكم وتستهلك طاقة أقل.

قام فريق من أقسام الهندسة الكهربائية والفيزياء ومركز علوم المعلومات الكمومية في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، بالتعاون مع زملاء من ORNL، بإنشاء ما يسمى الذرة الصوتية. إنه جهاز صغير على شريحة يمكنه التقاط الموجات الصوتية وتوجيهها بالطريقة التي تنقل بها الذرة الإلكترونات بين مستويات الطاقة.

كيف يعمل هذا

يوضح لينغبو شاو، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا: “للذرة في الطبيعة مستويات طاقة مختلفة تنتقل بينها الإلكترونات”. “إن ذرتنا الصوتية هي جهاز ذو مستويات طاقة مختلفة للموجات الصوتية. وباستخدام المجالات الكهربائية، يمكننا إحداث انتقالات بين مستويات الطاقة الصوتية هذه، ومحاكاة الذرات الحقيقية.”

بعبارات بسيطة، قام العلماء ببناء هيكل اصطناعي يتصرف مثل الذرة، ولكن بدلا من الضوء أو الكهرباء، فإنه يعمل مع الصوت. وهذا يسمح بمراقبة الإشارات واستهدافها عند مستويات قريبة من الكم.

لماذا هناك حاجة لمثل هذه التقنيات؟

يمكن لمثل هذه الرقائق الصوتية أن تغير بشكل جذري عدة مجالات. وستكون مفيدة في إنشاء أجهزة استشعار فائقة الحساسية، وواجهات لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، وأجهزة الكمبيوتر التناظرية، والمكونات المدمجة لاتصالات الموجات الدقيقة. تنتقل الموجات الصوتية، على عكس الموجات الكهرومغناطيسية، عبر مسافات صغيرة وتحتفظ بالمعلومات لفترة أطول.

وأضاف شاو: “نحن نستخدم الآن مصادر الموجات الدقيقة الكلاسيكية المتماسكة لتوليد موجات صوتية. ولا يزال هناك طريق طويل لنقطعه للوصول إلى مستوى الفونونات الفردية، لكننا متفائلون بأن كل هذا سيحدث قريبًا”. “في النهاية، نأمل أن توفر هذه المنصة طريقة جديدة ومدمجة للغاية لمعالجة الإشارات وإجراء الحسابات الصوتية التناظرية مباشرة على الشريحة.”

حتى الآن يعمل الجهاز بإشارات قوية نسبيًا، لكن الهدف هو الوصول إلى التحكم في الفونونات الفردية (الكمات الصوتية). وإذا نجح هذا، فسوف يفتح الطريق أمام رقائق موفرة للطاقة والتي ستجد مكانا لها في الطب، والسيارات، وأنظمة الذكاء الاصطناعي. إن استخدام الصوت التقليدي بدلاً من الإلكترونات يمكن أن يساعد في التغلب على العوائق التي تحول دون تصغير الإلكترونيات.