حسگری که الکترون ها را شناسایی می کند

این دستگاه «سنسور گیت» نام گرفته و می‌تواند در رایانه‌های کوانتومی آینده برای خواندن اطلاعات ذخیره شده در بار و یا اسپین هر الکترون استفاده شود.

حسگر یا سنسور المان حس کننده‌ای است که کمیت‌های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت و دما را به کمیت‌های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می‌کند. این وسیله الکتریکی تغييرات فيزيكی يا شيميايی را اندازه‌گيری می‌كند و آن را به سيگنال الكتريكی تبديل می‌کند.

سنسورها در انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری، سیستم‌های کنترل آنالوگ، سیستم‌های زیستی و دیجیتالی مانند PLC مورد استفاده قرار می‌گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آن‌ها به دستگاههای مختلف باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه‌های کنترل اتوماتیک و رباتیک باشد.

در آزمایشگاه دانشگاه کمبریج انگلستان که در آن فیزیکدان بریتانیایی جی.جی تامسون الکترون را در سال 1897 کشف کرد، دانشمندان اروپایی به تازگی یک حسگر فوق‌العاده حساس الکتریکی ابداع کردند که قادر به تشخیص حرکت الکترون‌های تکی است.

فرناندو گنزالس، سرپرست این تحقیق از آزمایشگاه کمبریج هیتاچی و آزمایشگاه کاوندیش زالبا می‌گوید: «این دستگاه بسیار فشرده‌تر و دقیق‌تر از نسخه‌های قبلی است و می‌تواند بار الکتریکی یک تک الکترون را در کمتر از یک میلیونیم ثانیه تشخیص دهد.»

جزئیات دستیابی به این موفقیت در مجله نیچر کامیونیکیشن منتشر شد و نویسندگان آن پیش بینی می‌کنند که این نوع از سنسورها، ملقب به سنسور‌های گیت در رایانه‌های کوانتومی آینده استفاده شوند تا اطلاعات ذخیره شده در بار و یا اسپین هر تک الکترون را بخواند.

رایانه‌های کوانتومی از مزایای پدیده‌ای بهره‌ می‌برند که توسط نظریه کوانتوم به نام «برهم‌نهی» و «درهم‌تنیدگی» توصیف می‌شود. به جای حالت‌های صرفا یک و صرفا صفری که در رایانه‌های کوانتومی رایج استفاده می‌شوند، تعداد زیادی از «حالت‌های کوانتومی جمع‌آثاری» ممکن وجود دارند. در این رایانه‌ها قابلیت ثبت اطلاعات بر پایه حالت مرکز اسپین الکترونی یا بار الکترون وجود دارد. اسپین می‌تواند روبه «بالا» یا رو به «پایین» باشد که حالت‌های جمع آثار بالا و پایین را تشکیل می‌دهند و فناوری نوینی برای پردازش اطلاعات ارائه می‌کنند. سنسور گیت در این نوع رایانه‌ها می‌تواند با سرعت فوق‌العاده‌ای اطلاعات را بخواند و قدرت محاسبات کوانتومی را به طرز باور نکردنی افزایش دهد.

گنزالس زالبا توضیح می‌دهد: «ما این حسگر را یک سنسور گیت نامیدیم به این دلیل که علاوه بر داشتن توانایی تشخیص حرکت الکترون مجزا، قادر به کنترل جریان خود است، به طوری که گویی یک دروازه یا گیت الکترونیکی‌ است که باز و بسته می‌شود.»

پژوهشگران امکان تشخیص بار یک الکترون در مدت حدود یک نانو ثانیه توسط دستگاه خود اثبات کردند و این سرعت تشخیص تا به امروز بهترین مقدار به دست آمده توسط این نوع از سیستم‌ها است. این سرعت توسط تزویج یک سنسور گیت به یک نانوترانزیستور سیلیکونی که در آن الکترون‌ها به صورت جداگانه جریان دارند به دست می‌آید.

در حالت کلی، جریان الکتریکی که انرژی مورد نیاز تلفن‌همراه، یخچال و دیگر تجهیزات الکتریکی را تامین می‌کند تشکیل شده از الکترون‌ها هستند؛ ذرات کوچک حامل بار الکتریکی در گروه‌های تریلیونی حرکت می‌کنند و جنبش جمعی آنها باعث می‌شود که این لوازم بتوانند کار کنند.

با این حال، این نوع حرکت دسته جمعی الکترون‌ها در ادوات جدیدی مانند حسگرهای زیستی فوق‌العاده دقیق، ترانزیستورهای تک الکترونی، مدارهای مولکولی و رایانه‌های کوانتومی وجود ندارد. این ادوات نشان دهنده بخش جدیدی از فناوری‌‌ای است که قابلیت الکترونیکی آن بر پایه یک الکترون قرار دارد، بخشی که در آن سنسور گیت جدید می‌تواند مزایای خود را ارائه دهد.

منبع

No tags for this post.