بالقرب من الصفر المطلق، يبدأ هذا الترانزستور في العمل مثل خلية الدماغ

يمكن لترانزستور واحد يتصرف كخلية دماغية في حالة التجميد العميق أن يساعد في إطلاق العنان للجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية وأنظمة استكشاف الفضاء.

طور باحثون في جامعة هونغ كونغ (HKU) نوعًا جديدًا من الأجهزة الإلكترونية المستوحاة من الدماغ والتي يمكنها العمل في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. يمكن أن يساعد هذا الاختراق في معالجة أحد أكبر التحديات التي تواجهنا الحوسبة الكمومية مع فتح أيضًا إمكانيات جديدة لمهمات الفضاء السحيق المستقبلية.

تم تنفيذ العمل من قبل علماء من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة هونج كونج داخل كلية الهندسة ومركز أشباه الموصلات المتقدمة والدوائر المتكاملة (CASIC). تعمل منصتهم العصبية القابلة للبرمجة والمطورة حديثًا في بيئات شديدة البرودة ويمكن أن توفر طريقة عملية لتحسين قابلية التوسع في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

الحوسبة المستوحاة من الدماغ عند مستوى قريب من الصفر المطلق

وجد فريق البحث، بقيادة البروفيسور يوهاو تشانغ وطالب الدكتوراه شين يانغ، طريقة جديدة لإنشاء والتحكم في المقاومة التفاضلية السلبية (NDR) في دوائر MOSFETs المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) المتوافقة مع معايير الصناعة.

وباستخدام هذا النهج، أثبتوا لأول مرة أن ترانزستورًا واحدًا يمكنه إعادة إنتاج نشاط “الارتفاع” الموفر للطاقة والذي يظهر في الخلايا العصبية البيولوجية عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 10 مللي كلفن.

يعد هذا الإنجاز مهمًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تعمل في ظل ظروف شديدة البرودة. إن الكيوبتات الخاصة بها حساسة للغاية ويجب الحفاظ عليها عند درجات حرارة ملي كلفن. ومع ذلك، فإن الأنظمة الإلكترونية المستخدمة للتحكم في تلك الكيوبتات تستهلك عادةً طاقة كبيرة وتولد الحرارة.

ونتيجة لذلك، يجب وضع وحدات التحكم القائمة على السيليكون اليوم بعيدًا عن الكيوبتات، مما يؤدي إلى إنشاء شبكة معقدة من الأسلاك التي تحد من أداء النظام وتزيد من صعوبة بناء أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر.

قال البروفيسور تشانغ: “يقدم عملنا منصة أجهزة يمكن دمجها جنبًا إلى جنب مع المعالجات الكمومية”. “باستخدام ديناميكيات الناقل الفريدة في كربيد السيليكون، يمكننا إنشاء دوائر أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بآلاف المرات من الإلكترونيات التقليدية، مما يقلل بشكل كبير من الحمل الحراري على الأنظمة المبردة.”

يكشف كربيد السيليكون عن سلوك مبرد فريد من نوعه

وجد الباحثون أن دوائر SiC MOSFET تتصرف بشكل مختلف عند تبريدها إلى أقل من 2K. في ظل هذه الظروف، تُظهر الأجهزة تأثير NDR قويًا على شكل “S” مدفوعًا بالتأين الصادم للإلكترون المانح (EDII).

وعلى عكس التقنيات الأخرى التي تعتمد على العمليات المرتبطة بالحرارة، ينشأ هذا التأثير من التركيب الذري للمادة. ووفقا للفريق، فإن هذا يجعل السلوك مستقرا للغاية وقابلا للتكرار باستمرار عبر دفعات التصنيع المختلفة.

قال السيد يانغ: “هذا نهج قوي وقابل للتطوير”. “نظرًا لأن كربيد السيليكون يستخدم بالفعل عالميًا في السيارات الكهربائية وشبكات الطاقة، يمكننا الاستفادة من المسابك الصناعية الحالية لتصنيع هذه الرقائق المبردة على رقائق بحجم 300 ملم.”

نحو أنظمة كمومية أكبر وبعثات إلى الفضاء العميق

وأظهرت الدراسة أيضًا أن هذه الخلايا العصبية الاصطناعية يمكن “تتاليها” إلى شبكات أكبر. يمكن أن تتيح هذه القدرة معالجة بيانات محلية أكثر تقدمًا في البيئات المبردة، مما يؤدي إلى تحسين وظائف مثل تصحيح الأخطاء الكمومية والتحكم الكمي في الوقت الفعلي.

تمتد التطبيقات المحتملة إلى ما هو أبعد من الحوسبة الكمومية. ونظرًا لأن الدوائر يمكن أن تعمل بشكل موثوق في ظروف شديدة البرودة، فقد تكون أيضًا مناسبة تمامًا لاستكشاف الفضاء السحيق. يجب أن تعمل المركبات الفضائية والأدوات العلمية المستقبلية في بيئات باردة مثل سطح القمر أو المناطق البعيدة من نظامنا الشمسي.

ونشرت النتائج في اتصالات الطبيعة.

المرجع: “دوائر عصبية مبردة تستخدم المقاومة التفاضلية السلبية التي يتم التحكم فيها بواسطة البوابة في كربيد السيليكون” بقلم شين يانغ، وماثيو بورتر، ويوان تشين، وزينينج يانج، وهيهي جونج، وليانج جين، وزيتشن شي، وهان وانج، وليان تشو، ويوهاو تشانغ، ولينبو شاو، 23 مارس 2026، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-026-70963-6

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.