NSF يمنح جامعة كاليفورنيا في سان دييغو 18 مليون دولار لتعزيز أبحاث المواد الكمومية
أعلنت المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) مؤخرًا عن منح جامعة كاليفورنيا في سان دييغو (UC San Diego) منحة مدتها ست سنوات بقيمة إجمالية تبلغ 18 مليون دولار (الرقم المرجعي: NSF Award #2614051) لإنشاء مركز جديد لأبحاث علوم وهندسة المواد (MRSEC). سيركز المركز على تطوير المواد الكمومية المتقدمة، وهو جزء من المبادرة الوطنية للمواد التابعة لمؤسسة NSF والتي تبلغ قيمتها 108 ملايين دولار. تمول هذه المبادرة أيضًا مراكز MRSEC في ست جامعات تشمل جامعة برينستون وجامعة هارفارد وجامعة كولومبيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة نبراسكا-لينكولن، لتعزيز الأبحاث الرائدة في مجالات الميتامواد الكمومية والمواد اللينة والإلكترونيات الدقيقة.
التحول من المواد الحيوية إلى أجهزة التكنولوجيا الكمومية
بالنسبة لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو، تمثل هذه المنحة الممتدة من 2026 إلى 2032 تجديدًا تنافسيًا للتمويل الأول الذي حصلت عليه الجامعة من MRSEC في عام 2020. ويحوّل هذا التجديد المهمة الأساسية للمركز من المواد الحيوية وكيمياء البوليمرات إلى أجهزة التكنولوجيا الكمومية الأساسية. يُدار المركز بشكل مشترك من قبل كلية جاكوبس للهندسة وقسم العلوم الفيزيائية، ويتعاون في أبحاثه مع شركاء إقليميين مثل جامعة كاليفورنيا في إرفاين وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا. ويُنظَّم العمل التجريبي والحسابي في المركز حول اتجاهين رئيسيين.
الاتجاه الأول: الميتامواد الكمومية للمعالجة الضوئية الكاملة
يقود هذا الاتجاه أستاذ الهندسة الكهربائية والحاسوب تشاووي ليو وأستاذ الفيزياء ريتشارد أفيريت. يركز فريق البحث على الهياكل الهندسية على المستوى النانوي التي تتجاوز قواعد التصميم التقليدية، مستفيدًا من تأثيرات ميكانيكا الكم لتحقيق وظائف جديدة. باستخدام تقنيات التجميع الذاتي الكيميائي من الأسفل إلى الأعلى، يتمكن الفريق من تصنيع مصائد ضوئية وهياكل بلازمونية نانوية الحجم تحول نبضات الأشعة تحت الحمراء فائقة السرعة إلى ضوء مرئي، بكفاءة تحويل أعلى بأكثر من 1000 مرة من الهياكل المعدنية التقليدية. صُممت هذه الهياكل فائقة الصغر وسريعة التبديل لتُستخدم في معالجة الإشارات الكمومية الضوئية بالكامل، والإلكترونيات الضوئية النانوية، والبنية التحتية للحوسبة الاصطناعية منخفضة الكمون (الزان).
الاتجاه الثاني: مواد شبكية ثنائية الأبعاد مصممة كيميائيًا
يقود هذا الاتجاه أستاذ الكيمياء جوشوا فيغيروا وأستاذة الفيزياء مونيكا ألين. يركز فريق البحث على التحكم في الحالات الكمومية للإلكترونات في المواد ثنائية الأبعاد ذات السماكة الذرية. من خلال تصنيع وحدات بناء عضوية معدنية لبناء شبكات متعددة الطبقات منظمة، يتمكن الفريق من تقييد حركة الإلكترونات في مسارات كمومية منظمة محددة. باستخدام تقنيات التصوير بالموجات الدقيقة في درجات حرارة منخفضة، يدرس الفريق الأطوار الإلكترونية في العوازل الطوبولوجية والموصلات الفائقة ثنائية الأبعاد وأشباه الموصلات الطبقية، بهدف تطوير إلكترونيات كمومية منخفضة الطاقة ووصلات موثوقة للكيوبتات.
البنية التحتية للنمذجة عالية الأداء وتنمية القوى العاملةللتغلب على الاختناقات في التركيب داخل فضاء البحث الكيميائي الواسع، دمج المركز قدرات النمذجة التنبؤية المدفوعة بالبيانات، والتي تتحقق من خلال منشأة الحوسبة لتصميم المواد الميزوسكوبية التي يقودها أستاذ الهندسة النانوية تود باسكال. تتعاون هذه المنشأة مع مركز سان دييغو للحوسبة الفائقة (SDSC)، وتستخدم خوارزميات التعلم الآلي القائمة على المحاكاة الكمومية من المبادئ الأولى لفحص البنى فائقة الشبكية وهياكل المواد الفوقية المرشحة، مما يسرّع دورة التركيب التجريبية.
بالإضافة إلى ذلك، يتولى المركز إدارة منشأة توصيف المواد (MCF) للاختبارات التجارية، ويشغّل برنامج "التجربة الغامرة للبحث في علوم وهندسة المواد" (RIMSE) — وهو برنامج لتطوير القوى العاملة تموله NSF، ويهدف إلى تدريب الطلاب المنتقلين والباحثين من طلاب الدراسات العليا والشركاء الصناعيين على الأجهزة المختبرية الكمومية المتقدمة وأساليب الحوسبة.
سيُعزز هذا التمويل بقوة تطوير مجال المواد الكمومية، مما يضع الأساس للحوسبة الكمومية والتقنيات الإلكترونية المستقبلية. لمزيد من التفاصيل التقنية والإعلان الأصلي حول الاتجاهات المختلفة، يمكن الرجوع إلى المعلومات الصادرة رسميًا عن NSF وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو.