New-Tech Magazine | March 2026 | Digital Edition

כימיה בעידן הקוונטי: מולקולה בעלת טופולוגיה IBM אלקטרונית חריגה נוצרה במעבדות

מערכת ניו-טק מגזינים גרופ »

". בהרצאה זו העלה רעיון room at the bottom שנשמע אז כמעט דמיוני: אם נצליח לשלוט באטומים בודדים ולמקם אותם כרצוננו, נוכל ליצור צורות חומר חדשות לחלוטין. כעבור שני עשורים העלה פיינמן רעיון נוסף. מאחר שהטבע עצמו פועל על פי חוקי מכניקת הקוונטים, הדרך המדויקת ביותר לדמות אותו היא באמצעות מערכות חישוב קוונטיות. במחקר החדש, שני הרעיונות הללו נפגשים בפעם הראשונה בצורה כמעט מוחשית. החוקרים בנו מבנה מולקולרי חדש ברמת האטום, והשתמשו במחשוב קוונטי כדי להבין את התנהגותו. מדוע מולקולות קשות כל כך לחישוב כדי להבין את חשיבות ההישג צריך לזכור עד כמה מורכבות מערכות מולקולריות. בכל מולקולה מתקיימים יחסי גומלין מורכבים בין אלקטרונים רבים. התנהגותם מתוארת באמצעות פונקציות גל קוונטיות, והאינטראקציות ביניהן יוצרות מספר עצום של מצבים אפשריים. מספר המצבים האפשריים של האלקטרונים גדל באופן אקספוננציאלי עם מספר האטומים במערכת. כתוצאה מכך, אפילו מחשבי על מתקשים לבצע חישוב מדויק של מערכות

מולקולריות מורכבות, משום שהיקף החישוב גדל במהירות עצומה. לכן חוקרים משתמשים לרוב בשיטות קירוב שונות. שיטות אלו מאפשרות להבין חלק מההתנהגות של המערכת, אך במקרים מסוימים הן אינן מספיקות. כאן נכנסים לתמונה מחשבים קוונטיים. מאחר שהם פועלים על פי אותם עקרונות פיזיקליים שמכתיבים את התנהגות האלקטרונים עצמם, הם עשויים לאפשר סימולציה טבעית יותר של מערכות מולקולריות מורכבות. מולקולה שלא נראתה בעבר במרכז המחקר עומדת מולקולה שנוסחתה . מדובר במולקולה אורגנית מבוססת פחמן C 13 Cl 2 ממשפחת המבנים הפוליציקליים, כלומר מערכת של טבעות פחמן המחוברות זו לזו. אולם הייחוד של המולקולה אינו בהרכב הכימי שלה אלא במבנה האלקטרוני. החוקרים מצאו כי האלקטרונים במולקולה אינם מתנהגים כפי שמצופה במערכת טבעתית רגילה. במקום לחזור למצבם המקורי לאחר מחזור אחד סביב הטבעת, הם עוברים שינוי פאזה הדרגתי. 90 בכל סיבוב סביב הטבעת מתבצע פיתול של כ־ מעלות בפאזה האלקטרונית. המשמעות היא

רעיון שנשמע במשך שנים כמו מדע בדיוני מתחיל לקבל צורה ממשית: האפשרות לבנות חומר חדש אטום אחר אטום, ולחקור אותו בעזרת מחשבים הפועלים על פי חוקי מכניקת הקוונטים עצמם. , שנערך IBM Research חקר חדש של מ בשיתוף מדענים מאוניברסיטאות מובילות באירופה, מציג דוגמה מרשימה במיוחד לכיוון הזה. צוות החוקרים הצליח לתכנן, להרכיב ולאפיין מולקולה בעלת מבנה אלקטרוני יוצא דופן שלא תועד קודם לכן בספרות המדעית. והיא Science העבודה פורסמה בכתב העת מדגימה כיצד שילוב בין ניסויים אטומיים מדויקים לבין מחשוב קוונטי יכול לחשוף תופעות חדשות בעולם החומרים. מדובר בהישג מדעי מרשים בפני עצמו, אך גם בהצצה למה שעשוי להפוך בעתיד לכלי מרכזי בתכנון חומרים חדשים. שני החזונות של פיינמן המחקר מתחבר לשני רעיונות מפורסמים שהציג כבר לפני עשרות Richard Feynman הפיזיקאי שנים. נשא פיינמן הרצאה במכון הטכנולוגי 1959 בשנת There ’ s plenty of של קליפורניה תחת הכותרת "

New-Tech Magazine l 32