أتاحت الخواص الفيزيائية والكيميائية الفريدة للحبيبات الكمومية أن تجد لها مجالات متنوعة وعديدة في كل الأفرع والقطاعات الصناعية وعلى الأخص في صناعة الإلكترونيات وفي التطبيقات البيولوجية والطبية المختلفة.

• في المجالات الطبية

– تستخدم كواصمات فولورية Fluorescent Markers لتعيين أماكن وجود الأورام والخلايا السرطانية بالجسم، مهما تدنت مقاييس أبعاد تلك الأورام وصغر حجمها. وتختلف الألوان الظاهرة لتلك العلامات – الوصمات – المحددة لأماكن وجود الأورام باختلاف أبعاد أقطار الحبيبات الكمومية المستخدمة. لذا، فهي تعد الوسيلة الوحيدة ذات المصداقية العالية المستخدمة الآن للكشف المبكر عن وجود السرطان في الجسم.

– يُقترح أن يتم تحمل تلك الحبيبات الكمومية بعقارات طبية ومواد كيميائية، بحيث توجه إلى الخلايا السرطانية بالجسم وتدحر موضعيا في مراقدها داخل أو بجوار الخلايا السليمة للجسم.

• في الصناعات الإلكترونية

إلى جانب توظيف الحبيبات الكمومية في كثير من أجهزة الألعاب الإلكترونية الحديثة، فهي أيضا تجد لها تطبيقات عريضة في المجالات التالية:

– تُستخدم في صناعة الدايودات الباعثة للضوء Light Emitting Diodes, LED، مثل المصباح الصغيرة الموجودة في الجانب السفلي من أجهزة التلفزيونات التي تظهر بلون أخضر عند تشغيل الجهاز، بينما تظل على لونها الأحمر عند غلق الجهاز ووضعه في حالة الاستعداد للتشغيل. كذلك فهي تُستخدم في إضاءة اللمبات الصغيرة الموجودة أعلى أرقام أطوال الموجات المكتوبة بشاشة أجهزة المذياع والتي تضيء فور نجاح المستخدم في استقبال موجة محطة إذاعية معينة.

– تُستخدم في الإضاءة الذاتية لعلامات التحذير المرورية وكذلك في لوحات الإعلانات الموجودة بالطرق السريعة، إذ تمتص تلك الحبيبات الكمومية ضوء كشافات السيارات لتضيء بألوان مختلفة، بناء على أبعاد أقطار الحبيبات المستخدمة في ذلك، والتي عادة ما تكون متباينة في الأبعاد حتى ينبعث منها الضوء بألوان مختلفة وجذابة.

– يقترح توظيفها في إضاءة الإشارات المرورية في الشوارع.

– تُستخدم في تطبيقات مشغلات أقراص الفيديو الرقمية، إذ تُصنع منها أشعة الليزر الأزرق Blue Laser المستخدم في قراءة بيانات تلك الأقراص.

• في مجال الطاقة الجديدة والمتجددة

– سوف توظف تلك الحبيبات الكمومية في تصنيع الجيل الثالث من الخلايا الشمسية الفوتوفولطية Photovoltaic Cells وذلك لكفاءتها الفائقة في توليد الطاقة بنسب تتجاوز حاجز 60 في المائة. وهذه النسبة إذا ما قورنت بنسبة كفاءة مادة السيليكون التقليدية المستخدم للغرض نفسه، والذي لا تزيد كفاءته النظرية على نسبة 33 في المائة، لتبين لنا مدى أهمية تلك الحبيبات في مجال الطاقة الشمسية.

• في الحاسبات الكمومية

تمثل الحبيبات الكمومية أملا كبيرا للبشرية في تحقيق قفزة تكنولوجية غير مسبوقة فيما يُعرف باسم الحسابات الكمومية في الحالة الصلبة Solid State Quantum Computing. وتجرى الآن أبحاث مكثفة ترمي إلى استخدام تلك الحبيبات في تخزين البيانات والقيام بالعمليات الحسابية المعقدة، وذلك لما تتفوق به الحبيبات الكمومية على أشباه الموصلات التقليدية من خواص إلكترونية غير مسبوقة. وقد نُشر أخيرا في عدد شهر يوليو لعام 2009 من مجلة الطبيعة Nature الشهيرة ⁽¹⁵⁾ بأن فريق عمل بحثي تابع لجامعة ييل الأمريكية Yale University قد تمكن من إنتاج النموذج الأولي من أول معالج حسابات كمومية للحالة الصلبة Solid State Quantum Processor يُنتج على مستوى العالم ⁽¹⁵⁾.

وعلى النقيض من الأجهزة الإلكترونية التقليدية التي تستخدم في تشغيلها الشحنات الإلكترونية لنقل الإشارات Signals وفي أثناء تنفيذها العمليات الحسابية، فإن الحبيبات الكمومية تستخدم الاستقطاب الضوئي في تنفيذ تلك العمليات التي تؤدي إلى زيادة خيالية في سرعة تنفيذ تلك العمليات نتيجة لتقليل كم الطاقة المفتقدة في أثناء تشغيل الأنظمة الحاسوبية.

___________________________

هوامش

(15) L. DiCarlo, et al., Nature, Vol. 460, (2009) pp. 240–244.