يقوم أيون واحد بمسح المجالات الكهرومغناطيسية المخفية ثلاثية الأبعاد لتحسين أداء الشريحة الكمومية
طور الباحثون في ETH Zurich تقنية تستخدم أيونًا محصورًا واحدًا لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد مفصلة للغاية للمجالات الكهرومغناطيسية فوق سطح الشريحة، مما يوفر طريقة جديدة لتحسين أجهزة أجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الاستشعار الكمومية المستقبلية. تتيح هذه الطريقة للعلماء اكتشاف المجالات الكهربائية والمغناطيسية الضعيفة للغاية والتي يمكن أن تتداخل مع الحالات الكمومية الهشة. يمكن أن تساعد هذه القياسات المهندسين على تحديد المواد النظيفة وتقنيات التصنيع للجيل القادم من الأجهزة الكمومية قبل أن ينتقلوا إلى الاستخدام على نطاق أوسع. تتبع تداخل الرقائق أحد أكبر التحديات التي تواجه أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الأيونات المحاصرة هو الضوضاء الكهربائية الناتجة عن الرقائق نفسها. حتى الاضطرابات الكهرومغناطيسية الصغيرة يمكن أن تعطل الحالات الكمومية التي تؤدي العمليات الحسابية، مما يقلل من دقة وموثوقية النظام. يعتقد الباحثون في ETH Zurich أن لديهم الآن طريقة أفضل لتعقب مصادر التداخل الخفية تلك. تم وضع الأيونات المحتجزة المبردة بالليزر لقياس المجالات الكهرومغناطيسية الضالة. (رسم توضيحي) Credit – Tobias Sägesser / ETH Zurich قام الفريق ببناء مصيدة كتابة قائمة على الرقائق يمكنها تحريك أيون بريليوم واحد بحرية في ثلاثة أبعاد. على عكس المصائد الأيونية التقليدية التي تعتمد على مجالات الترددات الراديوية المتذبذبة، تستخدم مصيدة Penning مجالات كهربائية ومغناطيسية ثابتة. يسمح هذا التصميم للباحثين بوضع الأيون بمرونة أكبر مع تسهيل اكتشاف المجالات المتذبذبة الضعيفة. وقال باحث الدكتوراه توبياس ساغيسر إن المجموعة طورت سابقًا مصيدة لتحريك الأيونات بحرية في ثلاثة أبعاد. يستخدم العمل الأخير هذه القدرة لمسح المساحة الموجودة فوق الشريحة وإنشاء خريطة كهرومغناطيسية مفصلة. قياس الإشارات الصغيرة تبدأ العملية بتبريد أيون بريليوم واحد بالليزر حتى يصل إلى أدنى حالة حركة كمومية له. يقوم الباحثون بعد ذلك بنقل الأيون إلى مواقع مختلفة فوق الشريحة عن طريق ضبط الفولتية على أقطاب الفخ. يمكن للإعداد مسح مساحة تبلغ 200 × 200 ميكرومتر على ارتفاعات تتراوح من 50 إلى 450 ميكرومتر فوق السطح. بمجرد وصول الأيون إلى نقطة القياس، تزيد المجالات الكهربائية الضعيفة من الشريحة من حركته تدريجيًا داخل المصيدة. وتكشف نبضات ليزر إضافية عن مدى تغير الحالة الكمومية للأيون، مما يسمح للباحثين بحساب قوة المجال الكهربائي المحيط. وقال ساغيسر إن الفريق حقق القياس الأكثر حساسية حتى الآن للمجال الكهربائي المتذبذب داخل مصيدة الرقائق. اكتشف النظام إشارة بقياس 10 نانو فولت فقط لكل متر في ثانية واحدة. وعلى سبيل المقارنة، يظل المجال الكهرومغناطيسي للهاتف المحمول أقوى بحوالي 10000 مرة حتى على بعد عدة كيلومترات. قام الباحثون أيضًا بقياس المجالات الكهربائية الساكنة من خلال ملاحظة كيفية قيام الحقول الضالة بإزاحة الأيون من موضع الراحة. لقد حددوا المجالات المغناطيسية من خلال تتبع التغيرات في مستويات طاقة الأيونات. رقائق كمومية أفضل قال البروفيسور جوناثان هوم إن العلماء أمضوا أكثر من 30 عامًا في محاولة تحديد أسباب ضجيج المجال الكهربائي بالقرب من الرقائق الكمومية. يوفر النهج الجديد قياسات دقيقة ثلاثية الأبعاد يمكن للباحثين مقارنتها مباشرة بالنماذج النظرية، مما يسهل تحديد مصادر محددة للتداخل. توفر مصيدة Penning أيضًا ميزة أخرى. يمكن للباحثين فصله مؤقتًا عن مصادر الجهد الخارجية، مما يقلل من التأثيرات الخارجية التي كانت تؤدي إلى تعقيد التجارب سابقًا. ويتوقع هوم أن تصبح هذه التقنية أداة قيمة لاختبار المواد المستخدمة في الرقائق الكمومية. يمكن للمهندسين مقارنة الطلاءات السطحية المختلفة وطرق التصنيع لتحديد الخيارات التي تنتج أقل قدر من الضوضاء الكهربائية، مما يساعد على تحسين أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية وتقنيات الاستشعار الكمومي.
تم النشر: 2026-07-03 01:11:00
