الهولوغرافي الكمي الإلكتروني

التصوير الهولوجرافي الكمي الإلكتروني، المعروف أيضًا باسم تخزين البيانات الثلاثية الأبعاد الكمومية، وهو تقنية لتخزين المعلومات يمكنها ترميز البيانات وقراءتها بكثافة غير مسبوقة وتخزين ما يصل إلى 35 بت لكل إلكترون.

مفهوم الهولوغرافي الكمي

في عام 2009 سجل قسم الفيزياء بجامعة ستانفورد رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا لأصغر كتابة باستخدام مجهر المسح النفقي والموجات الإلكترونية لكتابة الأحرف الأولى (SU) عند 0.3 نانومتر، متجاوزًا الرقم القياسي السابق الذي حددت باستخدام ذرات الزينون، حيث وضع هذا الإنجاز أيضًا رقماً قياسياً لكثافة المعلومات.

قبل اكتشاف هذا الشيء العظيم، لم تكن كثافة المعلومات تتجاوز بت واحد لكل ذرة، ومع ذلك استطاع الباحثون في التصوير الهولوجرافي الكمومي الإلكتروني من دفع الحد إلى 35 بت لكل إلكترون أو 20 بت نانومتر −2.

تقنية الهولوغرافي الكمي

يتم وضع شريحة نحاسية في المجهر وتنظيفها، ثم توضع جزيئات أول أكسيد الكربون على السطح وتتحرك عندما تتفاعل الإلكترونات في النحاس مع جزيئات أول أكسيد الكربون، فإنها تخلق أنماط تداخل تخلق صورة ثلاثية الأبعاد كمومية إلكترونية، حيث يمكن قراءة هذه الصورة المجسمة مثل مجموعة من الصفحات في كتاب، ويمكن أن تحتوي على صور متعددة بأطوال موجية مختلفة.

إن التصوير المجسم هو طريقة مميزة للتصوير يتم عن طريقها أخذ بيانات الكائنات ثلاثية الأبعاد من خلال الليزر ثم استرجاعها بأكبر قدر ممكن من الدقة لتكون ملائمة مع الكائن المسجل أصلاً، حيث إنه عند إضاءتها عن طريق الليزر، حيث يمكن للصور المجسمة أن تمثل استنساخًا ثلاثي الأبعاد دقيقًا للكائن وتكرار ميزاته.

التشفير الكمي الهولوغرافي في غاز إلكترون ثنائي الأبعاد

بشر ظهور التلاعب الذري من الأسفل إلى الأعلى بأفق جديد لكثافة المعلومات التي يمكن بلوغها، حيث سمح بتمثيل جزء من المعلومات بواسطة ذرة واحدة، وبالتالي فإن التباعد المنفصل بين الذرات في المادة المكثفة قد وضع حدًا صارمًا لأقصى كثافة ممكنة للمعلومات، وفي حين أن التقنيات الحديثة لا تزال بعيدة عن هذا المقياس، فإن كل التصغير النظري للأجهزة ينتهي عند هذا الحد المكاني، وهنا مع ذلك نكسر هذا الحاجز بتشفير كمومي إلكتروني تم تحجيمه إلى كثافات دون ذرية.

يتم استخدام التلاعب الذري لإنشاء بنى نانوية مفتوحة الهولوغرام الجزيئي، والتي بدورها تركز المعلومات في وسط خالٍ من قيود الشبكة، كالحالات الكمومية لغاز فيرمي المنحل ثنائي الأبعاد للإلكترونات، ويتم تحويل المعلومات المضمنة في الصور المجسمة بمقاييس أطوال أصغر إلى منطقة موحدة ذريًا لسطح نحاسي، حيث يتم إسقاطها بكثافة في درجتين مكانيتين من الحرية وبُعد ثلاثي الأبعاد ثالث مخطط للطاقة.

بالتشابه مع الحجم البصري الهولوغرافي، يتطلب هذا سعة دقيقة وهندسة طور لوظائف الموجات الإلكترونية لتجميع صفحات المعلومات بشكل حجمي، وتتم قراءة هذه البيانات عن طريق تعيين كثافة الإلكترون التي تم حلها باستخدام الطاقة باستخدام مجهر المسح النفقي.

ونظرًا لأن الإسقاط والقراءة كلاهما قريب جدًا من المجال، ولأنه يتم استخدام حالات كمومية أصلية بدلاً من شعاع خارجي، فإن المر مقيدين بالعدسة أو الموازاة ويمكننا إنشاء كائنات مسقطة إلكترونيًا بميزات صغيرة مثل ~ 0.3 نانومتر.

ترميز ثلاثي الأبعاد كمي في غاز إلكترون ثنائي الأبعاد

سمحت قدرة مجهر المسح النفقي على معالجة الذرات والجزيئات المفردة بتمثيل جزء واحد من المعلومات بواسطة ذرة أو جزيء واحد، وعلى الرغم من أن كثافات المعلومات هذه لا تزال بعيدة عن متناول أجهزة العالم الحقيقي، فقد تم افتراض أن التباعد المحدود بين الذرات في أنظمة المادة المكثفة يضع حدًا أقصى صارمًا لكثافة المعلومات.

لقد وضح العلماء أنه من الممكن تجاوز هذا الحد بطريقة ثلاثية الأبعاد تعتمد على وظائف موجات الإلكترون بدلاً من الموجات الضوئية في الفضاء الحر، حيث أن المسح المجهري النفقي والصور المجسمة المكونة من جزيئات يتم التلاعب بها بشكل فردي تُستخدم لإنشاء واكتشاف كائنات مسقطة إلكترونيًا بسمات صغيرة مثل ∼ 0.3 نانومتر، ولتحقيق كثافة معلومات تزيد عن 20 بت نانومتر−2، إذ يتضمن مخطط التشفير الكمي الإلكتروني الخاص بنا وضع عشرات من المعلومات في حالة فرميونية واحدة.

لقد قدم العلماء عن تاريخ التصوير المجسم والتصوير المقطعي وكذلك المجهر الإلكتروني النافذ، إذ يتضح أن المفاهيم الثلاثة جميعها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا وتخصيب بعضها البعض في تطورها، حيث أن الذهاب إلى أبعد من ذلك تقدم المقدمة شريطًا أحمر حول كيفية دمج التصوير المجسم والتصوير المقطعي في المجهر الإلكتروني للإرسال لتسهيل إعادة البناء ثلاثي الأبعاد للمجالات الفيزيائية وكذلك الحالات الكمومية.