اكتشاف فينوم المغنون يفتح طريقًا لتصغير الحواسيب الكمومية إلى حجم عملة نقدية

تمكن فريق من الفيزيائيين في جامعة فيينا من اكتشاف موجات مغناطيسية صغيرة تُعرف بالمغونات تتمتع بعمر افتراضي أطول بمئة مرة عن السابق.

المغونات هي موجات مغناطيسية تنتقل داخل المواد الصلبة المغناطيسية، تشبه تموجات الماء التي تنتشر بعد سقوط حجر فيه. بخلاف الفوتونات التي تتحرك في الفراغ أو عبر الألياف البصرية، تنتقل المغونات داخل المواد المغناطيسية الصلبة.

يمكن أن تصل أطوال موجاتها إلى مقياس النانومتر، مما يجعل من الممكن نظريًا تصميم دوائر مغونية على رقائق صغيرة بحجم تلك المستخدمة في الهواتف الذكية الحديثة. وبما أن المغونات تمثل إثارات داخل المادة الصلبة، فهي تتفاعل بشكل طبيعي مع العديد من الجسيمات شبه الأساسية الأخرى مثل الفونونات والفوتونات، مما يجعلها مكونات واعدة للأنظمة الكمومية الهجينة وقياس الكم.

كانت العقبة الرئيسية هي قصر عمرها الافتراضي للغاية، إذ لم تكن المغونات قادرة على حمل المعلومات الكمومية لأكثر من بضع مئات من النانوثواني، وهو زمن قصير جدًا لا يسمح باستخدامها في الحوسبة الكمومية العملية.

أعلن الفريق بقيادة فينر عن تقدم كبير حيث تمكن من قياس عمر المغونات حتى 18 ميكروثانية، أي ما يقرب من مئة مرة أطول من أي قياس سابق، ما يفتح الباب أمام تطوير حواسيب كمومية بحجم عملة نقدية من فئة السنت الواحد. عند هذا الحجم، تتوقف المغونات عن التصرف كموجات قصيرة العمر وتبدأ في العمل كحاملات موثوقة للمعلومات الكمومية، مشابهة للكيوبتات فائقة التوصيل المستخدمة في المعالجات الكمومية الرائدة اليوم. ونُشرت هذه النتائج مؤخرًا في مجلة Science Advances.

تأثير التبريد على عمر المغونات

حقق هذا التقدم من خلال دمج استراتيجيتين؛ الأولى كانت استخدام مغونات ذات طول موجي قصير بدلاً من المغونات الموحدة التقليدية، حيث أن المغونات ذات الطول الموجي القصير تتأثر أقل بعيوب سطح البلورة التي كانت تحد من عمر المغونات في التجارب السابقة.

أما الاستراتيجية الثانية فتمثلت في وضع كرات نقية للغاية من مادة يتيتريوم آيرون جارنيت (YIG) داخل جهاز تبريد مختلط الطور وخفض درجة حرارتها إلى 30 ميلي كلفن، وهي درجة حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق. عند هذه الحرارة المنخفضة جدًا، تتوقف العمليات الحرارية التي تدمر المغونات عادةً.

كما أظهر الفريق أن الحد المتبقي لعمر المغونات لا يعود إلى قانون فيزيائي أساسي، بل يعتمد على شوائب دقيقة داخل البلورة. اختبر الباحثون ثلاث كرات بدرجات نقاء مختلفة ووجدوا نمطًا واضحًا؛ فكلما زادت نقاء المادة، زاد عمر المغونات. حتى العينة الأقل نقاءً تفوقت على جميع الأرقام القياسية السابقة، مما يشير إلى أن التحسينات المستقبلية قد تعتمد بشكل رئيسي على تطوير علوم المواد بدلاً من اكتشاف فيزياء جديدة.

دلالات الاكتشاف على تكنولوجيا الكم

يمكن لعمر مغونات يصل إلى 18 ميكروثانية أن يحولها من روابط ضعيفة إلى ذاكرات كمومية قوية وقنوات اتصال فعالة على الرقائق الإلكترونية. قد تسمح هذه المغونات بربط مئات الكيوبتات عبر مسار مشترك، مما يجعلها الحافلة الكمومية المنتظرة لتوسيع الحواسيب الكمومية.

وبما أن المغونات توجد داخل مادة صلبة وتتفاعل مع أنظمة كمومية مختلفة، فقد تؤدي دور المترجم العالمي في البنى الكمومية الهجينة، حيث تربط تقنيات لا يمكنها التواصل بسهولة مع بعضها البعض.

المصدر: "Ultralong-living magnons in the quantum limit" من تأليف روستيسلاف أو. سيرها وكايتلين إتش. ماكاليستر وفابيان مايسين وسيباستيان كناور وتيمي ريمان وكارستن دوبس وجينادي آ. ميلكوف وألكسندر آ. سيرغا وفاسيل س. تيبيركيفيتش وأندري في. تشوماك ودميترو آ. بوجكو، 1 مايو 2026، مجلة Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aee2344

هذا البحث مدعوم من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية تحت رقم الجائزة DMR-2338060 (D.A.B.)، وممول جزئيًا من صندوق العلوم النمساوي (FWF) تحت رقم المشروع 10.55776/I6568 (A.V.C.) ومن مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) – TRR 173 – 268565370 Spin+X (مشاريع B01 وB04) (A.A.S.).