ذرات الذهب “العملاقة” تقود ثورة في الحوسبة الكمومية

في اكتشاف مبهر أعلن عنه في 11 أغسطس/آب 2025، أظهر علماء من جامعة ولاية بنسلفانيا وجامعة كولورادو قدرتهم على استخدام جسيمات نانوية تتكوّن من الذهب لتقليد خصائص النظام الأكثر دقة حاليًا في التطبيقات الكمومية، ولكن بطريقة أكثر قابلية للتطوير والإنتاج بالمستوى الصناعي.

تُسمّى هذه الكتل الذهبية النانوية أحيانًا “ذرات عملاقة”، لأنها كمجموعة من الذرات، تظهر خصائص مماثلة لذرة واحدة حقيقية، من حيث التوزيع الإلكتروني والتناغم الكمومي، كما أفاد بيان رسمي من جامعة بنسلفانيا.

19 حالة للذهب

وبحسب الدراسة، التي نشرت في دورية “إيه سي إس سنترال ساينس”، توصل الفريق إلى أن هذه “الكُتل الذهبية الصغيرة جدًا” يمكنها أن تُظهر خصائص اللف نفسها الموجودة في الأنظمة المتطورة لحوسبة الكم، مثل تلك التي تعتمد على أيونات ذرات محفوظة في غاز.

بحسب الدراسة، فإن هذه الكتل الذهبية يمكن تصنيعها في 19 حالة كلها يمكن أن تستبدل أيونات الذرات المحفوظة في الغاز.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيع هذه الكتل النانوية الذهبية بكميات أكبر، مما يجعل استخدامها في الأجهزة الكمومية المستقبلية أكثر واقعية وقابلية للتنفيذ، أما أيونات الذرات المحفوظة في الغاز فيصعب تصنيعها بكم أكبر، لأن تركيز هذه الأيونات منخفض جدا.

كما أن إنتاج الذهب النانوي أسهل من بناء أنظمة تبريد وأجهزة حبس أيونات ضخمة، يسمح ذلك كله بإنتاج حواسيب أرخص، تكون عملية بشكل أكبر في الاستخدام المستقبلي.

سر اللف

و”اللف” واحدة من خصائص الذرات، وتشبه لغرض التقريب أن تدور الأرض حول نفسها، الجسيمات دون الذرية كذلك تتخذ سلوكا شبيها، فهي لا تدور لأنها دفعت للدوران، بل لأن ذلك يعد جزءا من تركيبها، مثلما أن جزءا من تركيب الإنسان أن يبكي أو أن يضحك.

ويتحكم العلماء في “دوران” الإلكترونات داخل الكتل الذهبية (وهي خصيصة أساسية في الحوسبة الكمومية)، حيث يمكنهم تعديل هذه الخصيصة عن طريق تغيير الجزيئات الملتصقة بالذهب.

هذا التحكم هو سر أهمية الاكتشاف الجديد، ولفهم الفكرة دعنا نسأل كيف تعمل الحوسبة أصلا؟ الحوسبة هي عملية معالجة للمعلومات باستخدام تعليمات مبرمجة، حيث يُحوَّل كل شيء إلى إشارات رقمية لكونه إما 0 أو 1، والعلماء دائما بحاجة لشيء يمكن التحكم فيه، بحيث تمثل الإشارة الكهربائية مثلا الحالة (1) بينما يمثل غيال الإشارة الكهربائية الحالة (0).

نفس الشيء يحدث في الحوسبة الكمومية، فهناك حاجة لجزيئات أو ذرات يمكن التحكم بها لجعل إحدى حالاتها تمثل الصفر، والأخرى تمثل الواحد.

يمثل ذلك في مجمله وحدة المعلومات في الحاسوب الكمي وهي الكيوبِت، والذي يمكن أن يكون 0 و1 في نفس الوقت (بفضل خصيصة التراكب الكمي)، وهذا يمنح قدرة هائلة على معالجة كمّ ضخم من الاحتمالات بسرعة.