فريق من جامعة فودان الصينية يطور جهاز ذاكرة كمومية أحادية الإلكترون يصل إلى الحد الأقصى لكثافة التخزين

أخبار ar.wedoany.com، في 17 يوليو، نشر فريق تشو بينغ وليو تشون سين من جامعة فودان أحدث نتائجه في مجلة "ساينس"، حيث ابتكر تقنية "الذاكرة الكمومية الوامضة" (Quantum Flash Memory)، وطور جهازًا يمتلك أكبر نافذة تخزين كمومية غير متطايرة على مستوى العالم، وأسس نظامًا نظريًا للتخزين الكمومي أحادي الإلكترون. وقد سدت هذه النتائج الفجوة النظرية الرئيسية لتطبيقات الهندسة الكمومية للتخزين.

تُعد رقائق التخزين (الرقائق الذكية) حجر الأساس للقدرة الحاسوبية، حيث يمثل زمن الوصول واستهلاك الطاقة في تبادل البيانات عقبة أساسية تعيق تحسين الأداء الحاسوبي. الإلكترون هو جسيم أولي غير قابل للتجزئة، ونظريًا، يمثل مبدأ "إلكترون واحد، بت واحد" الحد المادي لكثافة التخزين، لكن من الصعب للغاية تثبيت التأثير الكمومي أحادي الإلكترون بشكل مستقر، وظل لفترة طويلة يُعتبر مجرد مفهوم نظري. في نهاية القرن الماضي، حاول العلماء مراقبة التخزين أحادي الإلكترون، لكن النتائج أظهرت أن الإلكترون الواحد يساهم فقط بتغير في الجهد يبلغ بضع عشرات من الميلي فولت، وتختفي حالته في أقل من 5 ثوانٍ. أما ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية السائدة حاليًا، فتستهلك حوالي 200 ألف إلكترون لتخزين بت واحد من المعلومات.

سبق للفريق أن طور جهاز "الفجر" (Dawn) فائق السرعة بزمن استجابة 400 بيكو ثانية، وشريحة ذاكرة وامضة هجينة من نوع "تشانغ ينغ" (Changying)، وتم إدراج هذه الإنجازات ضمن أفضل عشرة إنجازات علمية في الصين لعام 2025. هذه المرة، استند الفريق إلى المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم، واستفاد من قدرة أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد على حصر الإلكترونات بسمك ذري، وصمم بنية "غويي" (Guiyi) المتحدية المستوية (مصرف-قناة-منبع)، مما أتاح لأول مرة مراقبة سلوك تخزين مستقر للإلكترون الواحد في درجة حرارة الغرفة (27 درجة مئوية)، متجاوزًا العقبات التقنية التي جعلت من الصعب الحفاظ على حالة الإلكترون الواحد بشكل مستقر في درجة حرارة الغرفة ومراقبة السلوك الكمومي بوضوح في التجارب المماثلة. يُشكّل جهاز الذاكرة الكمومية الوامضة المسمى "غويي" نافذة تخزين بجهد 0.5 فولت بحقن إلكترون واحد فقط، مما يلبي معايير التسويق التجاري ويصل إلى القمة النظرية لتخزين الشحنة الكهربائية وفق مبدأ "إلكترون واحد، بت واحد". يمكن لهذا الجهاز تقليل استهلاك الطاقة الحاسوبية من المستوى الأساسي، مما يجعله نواة تخزين من الجيل الجديد المناسبة لتطوير الذكاء العام الاصطناعي.

بناءً على ذلك، ابتكر الفريق نظرية "مقص كثافة الحالات" (Density-of-States Scissors) بشكل مبتكر، وكشف لأول مرة عن سلوك تخزين كمومي شاذ غير مسبوق: حيث يتم "قص" حالات كمومية محددة بدقة في فضاء الطاقة، مما يجعلها تختفي تمامًا. وصفت مجلة "ساينس" هذا الإنجاز بأنه يُدخل آلية نظرية جديدة تمامًا، مما يجعل التحكم الهندسي في الحالات الكمومية حقيقة واقعة، ويمتلك آفاقًا واسعة وتأثيرًا كبيرًا في مجالات فيزياء التخزين والأجهزة النانوية.