ما هو التشابك الكمومي؟

بالعربي/ إن التشابك الكمي هو فعلاً “عمل مخيف عن بعد”.

التشابك الكمي هو أحد الظواهر الغريبة التي تُرى عندما تصبح الأشياء صغيرة ، أو داخل عالم الكم. عندما يرتبط جسيمان أو أكثر بطريقة معينة ، بغض النظر عن المسافة بينهما في الفضاء ، تظل حالاتهما مرتبطة. هذا يعني أنهما يشتركان في حالة كمية مشتركة وموحدة. لذا فإن ملاحظات أحد الجسيمات يمكن أن توفر تلقائيًا معلومات حول الجسيمات المتشابكة الأخرى ، بغض النظر عن المسافة بينهما. وأي فعل لأحد هذه الجسيمات سيؤثر دائمًا على الآخرين في النظام المتشابك.

من اكتشف التشابك الكمي؟

طور الفيزيائيون الأفكار الأساسية وراء التشابك أثناء عملهم على ميكانيكا عالم الكم في العقود الأولى من القرن العشرين. وجدوا أنه لوصف الأنظمة دون الذرية بشكل صحيح ، كان عليهم استخدام شيء يسمى الحالة الكمومية.

في عالم الكم ، لا يوجد شيء مؤكد على الإطلاق ؛ على سبيل المثال ، لا تعرف أبدًا مكان وجود الإلكترون في الذرة بالضبط ، فقط أين قد يكون. تلخص الحالة الكمية احتمال قياس خاصية معينة لجسيم ما ، مثل موضعه أو الزخم الزاوي. لذا ، على سبيل المثال ، تصف الحالة الكمومية للإلكترون جميع الأماكن التي قد تجدها فيها ، جنبًا إلى جنب مع احتمالات العثور على الإلكترون في تلك الأماكن.

ميزة أخرى للحالات الكمية هي أنه يمكن ربطها بالحالات الكمية الأخرى ، مما يعني أن قياسات حالة واحدة يمكن أن تؤثر على الأخرى. في ورقة بحثية صدرت عام 1935 ، قام ألبرت أينشتاين وبوريس بودولسكي وناثان روزن بفحص مدى قوة ارتباط الحالات الكمية مع بعضها البعض. ووجدوا أنه عندما يرتبط جسيمان ارتباطًا وثيقًا ، فإنهما يفقدان حالتهما الكمومية الفردية ويتشاركان بدلاً من ذلك حالة واحدة موحدة. طريقة أخرى للتفكير في الأمر هي أن “حاوية” رياضية واحدة يمكن أن تصف جميع الجسيمات في وقت واحد ، بغض النظر عن خصائصها الفردية. ستُعرف هذه الحالة الموحدة باسم التشابك الكمومي.

وجدوا أنه في حالة تشابك جسيمين ، مما يعني أن حالتهم الكمومية مترابطة بقوة وتصبح موحدة ، فإن قياسات أحد الجسيمات تؤثر تلقائيًا على الآخر ، بغض النظر عن بُعد الجسيمات عن بعضها البعض ، وفقًا لموسوعة ستانفورد. فلسفة .

كان إروين شرودنجر ، أول عالم فيزياء استخدم كلمة “التشابك” ، أحد مؤسسي ميكانيكا الكم . ووصف التشابك بأنه الجانب الأكثر أهمية في ميكانيكا الكم ، قائلاً إن وجوده هو خروج كامل عن خطوط الفكر الكلاسيكية.

ما هي مفارقة EPR؟

كما اكتشف آينشتاين ، وبودولسكي وروزين ، يبدو التشابك فوريًا: بمجرد أن تعرف حالة كمومية واحدة ، فأنت تعرف تلقائيًا الحالة الكمومية لأي جسيمات متشابكة. من حيث المبدأ ، يمكنك وضع جسيمين متشابكين على طرفي نقيض من المجرة وستظل لديك هذه المعرفة اللحظية ، والتي يبدو أنها تنتهك حد سرعة الضوء.

تُعرف هذه النتيجة باسم مفارقة EPR (باختصار لأينشتاين وبودولسكي وروزن) ، وفقًا لجمعية الفيزياء الأمريكية – وهو تأثير أطلق عليه أينشتاين “العمل المخيف عن بعد”. استخدم المفارقة كدليل على أن نظرية الكم غير مكتملة. لكن التجارب أكدت مرارًا وتكرارًا أن الجسيمات المتشابكة تؤثر على بعضها البعض بغض النظر عن المسافة ، ولا تزال ميكانيكا الكم مثبتة حتى يومنا هذ

لا يوجد حل مقبول بشكل عام للمفارقة. ومع ذلك ، على الرغم من أن الأنظمة المتشابكة لا تحافظ على الموقع (بمعنى أن جزءًا واحدًا من نظام متشابك يمكنه التأثير فورًا على جسيم بعيد) ، فإنها تحترم السببية ، مما يعني أن التأثيرات لها أسباب دائمًا. لا يعرف المراقب عند الجسيم البعيد ما إذا كان المراقب المحلي قد تسبب في اضطراب النظام المتشابك ، والعكس صحيح. يجب أن يتبادلوا المعلومات مع بعضهم البعض ليس أسرع من سرعة الضوء للتأكيد.

بعبارة أخرى ، لا تزال الحدود التي تفرضها سرعة الضوء صامدة مع الأنظمة المتشابكة. بينما قد تعرف حالة حالة الجسيم البعيد ، لا يمكنك توصيل هذه المعلومات بشكل أسرع من سرعة الضوء.

كيف تصنع التشابك الكمي؟

هناك طرق عديدة لتشابك الجسيمات. تتمثل إحدى الطرق في تبريد الجسيمات ووضعها بالقرب من بعضها بشكل كافٍ بحيث تتداخل حالاتها الكمية (التي تمثل عدم اليقين في الموضع) ، مما يجعل من المستحيل تمييز جسيم عن الآخر.

طريقة أخرى هي الاعتماد على بعض العمليات دون الذرية ، مثل الاضمحلال النووي ، التي تنتج تلقائيًا جزيئات متشابكة. وفقًا لوكالة ناسا ، من الممكن أيضًا إنشاء أزواج متشابكة من الفوتونات ، أو جسيمات الضوء ، إما عن طريق تقسيم فوتون واحد وتوليد زوج من الفوتونات في العملية ، أو عن طريق مزج أزواج من الفوتونات في كابل من الألياف الضوئية.

ما الذي يمكن أن يستخدمه التشابك الكمي؟

ربما يكون التشفير هو التطبيق الأكثر استخدامًا للتشابك الكمي. وفقًا لمجلة Caltech Magazine ، في هذا السيناريو ، يقوم المرسل والمتلقي ببناء رابط اتصال آمن يتضمن أزواجًا من الجسيمات المتشابكة. يستخدم المرسل والمستقبل الجسيمات المتشابكة لإنشاء مفاتيح خاصة ، معروفة لهما فقط ، يمكن استخدامها لتشفير رسائلهما. إذا اعترض شخص ما الإشارة وحاول قراءة المفاتيح الخاصة ، فإن التشابك ينقطع ، لأن قياس جسيم متشابك يغير حالته. هذا يعني أن المرسل والمستقبل سيعرفان أن اتصالاتهما قد تم اختراقها.

تطبيق آخر للتشابك هو الحوسبة الكمومية ، حيث تتشابك أعداد كبيرة من الجسيمات ، مما يسمح لها بالعمل في تناسق لحل بعض المشاكل الكبيرة والمعقدة. على سبيل المثال ، يمكن للحاسوب الكمومي الذي يحتوي على 10 وحدات كيوبت فقط (بتات كمومية) أن يمثل نفس المقدار من الذاكرة مثل 2 ^ 10 بتات تقليدية.

ما هو النقل الآني للتشابك الكمي؟

على عكس الاستخدام المعتاد لكلمة “النقل الآني” ، فإن النقل الآني الكمي لا ينطوي على حركة أو ترجمة الجسيمات نفسها. بدلاً من ذلك ، في النقل الآني الكمي ، يتم نقل المعلومات حول حالة كمومية واحدة لمسافات طويلة وتكرارها في مكان آخر ، وفقًا لـ Nature News .

من الأفضل التفكير في النقل الآني الكمي باعتباره النسخة الكمومية للتواصل التقليدي.

أولاً ، يعد المرسل جسيمًا لاحتواء المعلومات (أي الحالة الكمية) التي يريد نقلها. ثم قاموا بدمج هذه الحالة الكمومية مع زوج متشابك من الجسيمات. يؤدي هذا إلى تغيير مماثل في الزوج المتشابك الآخر ، والذي يمكن أن يجلس على مسافة تعسفية.

ثم يسجل جهاز الاستقبال التغيير في الشريك المتشابك للزوج. أخيرًا ، يجب على المرسل أن يرسل ، عبر القنوات العادية (على سبيل المثال ، محددًا بسرعة الضوء) ، التغيير الأصلي الذي تم إجراؤه على الزوج المتشابك. هذا يسمح للمستقبل بإعادة بناء الحالة الكمية في الموقع الجديد.

قد يبدو هذا بمثابة الكثير من العمل لتمرير جزء تافه من المعلومات ، لكن النقل الآني الكمي يتيح اتصالًا آمنًا تمامًا. إذا اعترض متنصت الإشارة ، فسوف يكسر التشابك ، والذي سيتم الكشف عنه عندما يقارن جهاز الاستقبال الإشارة التقليدية بالتغييرات التي تم إجراؤها في الزوج المتشابك.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com