في عالم فيزياء الكم، تتكشف الأحداث بسرعة مذهلة. العمليات التي كان يُعتقد سابقًا أنها تحدث في جزء من الثانية، مثل التشابك الكمي، يتم الآن دراستها في أجزاء صغيرة من الثانية.
إنه مثل تجميد لحظة عابرة للكشف عن تفاصيل دقيقة مخبأة على مرأى من الجميع.
برفقة فريق من الباحثين من الصين البروفيسور يواكيم بورجدورفر وزملائه معهد الفيزياء النظرية تقيس TU Wien هذه اللحظات العابرة لفهم كيفية حدوث التشابك الكمي فعليًا.
لا يركز هؤلاء العلماء على وجود التشابك الكمي، ولكنهم مهتمون باكتشاف كيف يبدأ، كيف بالضبط يصبح جسيمان متشابكين كميًا؟
فهم التشابك الكمي
وباستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية المتقدمة، تمكنوا من دراسة العمليات التي تحدث على نطاقات زمنية تصل إلى الأتو ثانية – جزء من المليار من الثانية.
التشابك الكمي هو ظاهرة غريبة ورائعة حيث يصبح جسيمان متشابكان للغاية بحيث يتشاركان في نفس الحالة.
إنه مثل وجود عملتين سحريتين دائمًا على نفس الجانب – اقلب إحداهما وستظهر الأخرى نفس النتيجة بشكل غامض، حتى لو كانت على بعد أميال.
يوضح البروفيسور بورغدورفر: “يمكنك القول أن الجسيمات ليس لها خصائص فردية، بل لها خصائص مشتركة فقط. ومن وجهة نظر رياضية، على الرغم من وجودها في مكانين مختلفين تمامًا، إلا أنها متماسكة معًا بقوة”.
وهذا يعني أن جسيمًا واحدًا، مهما كان بعيدًا، يؤثر بشكل فوري على موضع جسيم آخر.
بعبارات بسيطة، تتشارك الجسيمات المتشابكة في رابطة تسمح لها “بالتحدث” مع بعضها البعض على الفور. قم بقياس الجسيم وستعرف على الفور شريكه.
يتحدى هذا السلوك الغريب فهمنا اليومي لكيفية عمل العالم، مما يجعل التشابك أحد أكثر المفاهيم المحيرة للعقل في فيزياء الكم.
تجارب الليزر والإلكترونات
على الرغم من أن مفهوم التشابك الكمي قد يبدو غير مفهوم، إلا أن مدى صحته أم لا لم يعد موضع نقاش، وهذه الدراسة ليست كذلك.
يقول أحد المؤلفين، البروفيسور: “من ناحية أخرى، نحن مهتمون بشيء آخر – نحن مهتمون بمعرفة كيف تتطور هذه المشكلة في المقام الأول وكيف تلعب التأثيرات الفيزيائية دورًا على نطاقات زمنية قصيرة جدًا”. إيفا بيريزينوفا. القضية الحالية.
وللتحقق من ذلك، نظر الفريق إلى الذرات التي ضربتها نبضة ليزر شديدة الكثافة وعالية التردد. تخيل تسليط مصباح يدوي فائق الطاقة على الذرة.
يصبح الإلكترون متحمسًا جدًا لدرجة أنه يتحرر ويطير بعيدًا. إذا كان الليزر قويا بما فيه الكفاية، فإن الإلكترون الثاني داخل الذرة يتلقى أيضا صدمة، وينتقل إلى حالة طاقة أعلى ويغير مداره حول النواة.
لذلك، بعد هذا الانفجار الضوئي المكثف، يتم إيقاف تشغيل أحد الإلكترونات تلقائيًا ويتم ترك الآخر خلفه، ولكن ليس كما كان من قبل.
يقول البروفيسور بورغدورفر: “يمكن الآن إثبات وجود هذين الإلكترونين في حالة تشابك كمي”. “لا يمكنك تحليلهما إلا معًا، ويمكنك قياس أحد الإلكترونات ومعرفة شيء ما عن الإلكترون الآخر في نفس الوقت.”
عندما يكون الوقت غير واضح
هنا تصبح الأمور مثيرة للاهتمام للغاية. ليس لدى الإلكترون الطائر لحظة محددة لمغادرة الذرة.
“وهذا يعني أن وقت ميلاد الإلكترون الهارب غير معروف من حيث المبدأ. ويمكنك القول أن الإلكترون لا يعرف متى غادر الذرة”، يلاحظ البروفيسور بورغدورفر.
وهذا ما يسمى التراكب الكمي، وهو ما يعني الوجود في حالات متعددة في وقت واحد.
ولكن هناك المزيد. يرتبط وقت مغادرة الإلكترون بمستوى طاقة الإلكترون الموجود خلفه.
إذا كان الإلكترون المتبقي لديه طاقة أكبر، فإن الإلكترون المغادر يغادر مبكرًا. إذا كان في حالة طاقة أقل، فيمكن للإلكترون أن يغادر لاحقًا – حوالي 232 أتو ثانية، في المتوسط.
قياس ما لا يمكن قياسه
الأتو ثانية مجردة للغاية لدرجة أنها تتجاوز فهم معظم الناس. ومع ذلك، فإن هذه الاختلافات الطفيفة ليست نظرية فقط.
يقول البروفيسور بورغدورفر: “لا يمكن قياس هذه الاختلافات كميا، ولكن يمكن قياسها أيضا من خلال التجارب”.
ابتكر الفريق بروتوكول قياس يجمع بين شعاعي ليزر مختلفين لالتقاط هذا الوقت بعيد المنال.
إنهم يتعاونون بالفعل مع باحثين آخرين مهتمين باختبار ومراقبة هذه المشكلات فائقة السرعة في المختبر.
ما أهمية التشابك الكمي؟
فهم كيف يمكن لأشكال التشابك أن يكون لها آثار كبيرة في التقنيات الكمومية مثل التشفير والحوسبة.
وبدلاً من محاولة احتواء المشكلة، يستطيع العلماء الآن دراسة أصولها. سيؤدي هذا إلى طرق جديدة للتحكم في الأنظمة الكمومية وتحسين أمن الاتصالات الكمومية.
الرحلة لا تتوقف هنا. البروفيسور إن Burgdörfer وفريقه متحمسون للخطوات التالية.
“نحن نجري بالفعل محادثات مع مجموعات بحثية ترغب في إظهار مثل هذه المشكلات عالية السرعة”.
ومن خلال فحص هذه المقاييس الزمنية القصيرة جدًا، فإنهم لا يراقبون التأثيرات الكمومية فحسب، بل يعيدون تعريف كيفية فهمنا لنسيج الواقع.
التشابك الكمي والمستقبل
من الواضح أنه في العالم الكمي، حتى اللحظات الوجيزة تحمل ثروة من المعلومات.
“الإلكترون لا يقفز من الذرة. “إنها موجة تترك الذرة، إذا جاز التعبير، وتستغرق قدرًا معينًا من الوقت”، تشرح إيفا بريزينوفا.
ويختتم قائلاً: “في هذه المرحلة تحدث المشكلة، ويمكن بعد ذلك قياس تأثيرها بدقة من خلال مراقبة الإلكترونين”.
لذلك في المرة القادمة التي تطرف فيها عيناك، خلال جزء من تريليون من تلك اللحظة، ينكشف كم كامل من الظواهر، ويكشف أسرارًا يمكن أن تغير مستقبل التكنولوجيا وفهمنا للكون.
يتم نشر الدراسة الكاملة في المجلة رسائل المراجعة البدنية.
—–
هل أعجبك ما قرأته؟ اشترك في النشرة الإخبارية لدينا للحصول على مقالات جذابة ومحتوى حصري وآخر التحديثات.
تفضل بزيارتنا على EarthSnap، وهو تطبيق مجاني من Eric Ralls وEarth.com.
—–
