تتيح الخوارزمية الجينية التصميم الدقيق للبلورات الصوتية

يعد ظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية بإحداث ثورة في مجال الحوسبة من خلال حل المشكلات المعقدة بشكل أسرع بشكل كبير من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. ومع ذلك، تواجه أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم تحديات الحفاظ على الاستقرار ونقل المعلومات الكمومية.

تقيس الفونونات الاهتزازات على فترات دورية، مما يوفر طرقًا جديدة لتحسين هذه الأنظمة من خلال تحسين تفاعلات الكيوبت وتوفير نقل معلومات أكثر موثوقية. تتيح الفونونات اتصالات أفضل داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يسمح لها بالترابط في الشبكة.

ستكون المواد النانوفونية، وهي هياكل نانوية اصطناعية ذات خصائص صوتية محددة، ضرورية للجيل القادم من أجهزة الشبكات والاتصالات الكمومية. ومع ذلك، فإن تصميم بلورات صوتية بخصائص الرنين المرغوبة على المقاييس النانوية والصغرى لا يزال يمثل تحديًا.

وفي دراسة نشرت مؤخرا في المجلة ايه سي اس نانوأظهر الباحثون في معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو بشكل تجريبي طريقة وراثية جديدة للتصميم العكسي التلقائي – الذي يطلق بنية تعتمد على الخصائص المرغوبة – والتي تسمح بالتحكم في الموجات الصوتية في الهياكل النانوية البلورية الصوتية للمادة.

يوضح مايكل دييغو، المؤلف الرئيسي للدراسة: “إن التطورات الحديثة في الذكاء الاصطناعي والهندسة العكسية توفر الفرصة للبحث عن الهياكل المضطربة التي تعرض خصائص فريدة”.

تستخدم الخوارزميات الجينية عمليات المحاكاة لتقييم الحلول المقترحة بشكل متكرر لتمرير خصائصها أو “جيناتها” إلى الجيل التالي بشكل أفضل. تم اختبار أجهزة النموذج الأولي التي تم تصميمها وتصنيعها بهذه الطريقة الجديدة من خلال تجارب تشتت الضوء لتحديد مدى فعالية هذا النهج.

كان الفريق قادرًا على قياس الاهتزازات في “بلورة ميتا” صوتية ثنائية الأبعاد، والتي كانت لها بنية دورية من وحدات منقوشة صغيرة. لقد أظهروا أن الجهاز يسمح بالاهتزازات على طول المحور، ولكن ليس عموديًا، لذلك يمكن استخدامه للتركيز الصوتي أو الأدلة الموجية.

وقال كبير الباحثين ماساهيرو نومورا: “من خلال توسيع نطاق البحث عن الهياكل المثالية ذات الأشكال المعقدة بما يتجاوز الحدس البشري الطبيعي، يمكن تصميم الأجهزة ذات التحكم الدقيق في خصائص انتشار الموجات الصوتية بسرعة وبشكل تلقائي”. ومن المتوقع أن يتم تطبيق هذا النهج على أجهزة الموجات الصوتية السطحية المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية والهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة.