اخيرا يمكن للفيزيائيون توقع قفزات قطة شرودنجر (مكانيك الكم)
اكتشف الباحثون كيف يصطادون وينقذون قطة شرودنغر الشهيرة ، رمز التراكب الكمومي وعدم القدرة على التنبؤ ، من خلال توقع قفزاتها والعمل في الوقت الحقيقي لإنقاذها من عذاب المثل.
اكتشف الباحثون في جامعة ييل كيف يصطادون وينقذوا قطة شرودنغر الشهيرة ، رمز التراكب الكمومي وعدم القدرة على التنبؤ ، من خلال توقع قفزاتها والعمل في الوقت الحقيقي لإنقاذها من عذاب المثل. في هذه العملية ، انقلبوا سنوات من عقيدة حجر الزاوية في فيزياء الكم.
يمكّن هذا الاكتشاف الباحثين من إنشاء نظام إنذار مبكر للقفز الوشيك للذرات الاصطناعية التي تحتوي على معلومات كمية. تظهر دراسة تعلن عن الاكتشاف في عدد 3 يونيو / حزيران على الإنترنت من مجلة Nature .
==========================================================================
قطة شرودنجر هي مفارقة معروفة تستخدم لتوضيح مفهوم التراكب - القدرة على وجود حالتين متعارضتين في وقت واحد - وعدم القدرة على التنبؤ في فيزياء الكم. تكمن الفكرة في أن القطة موضوعة في صندوق مغلق بمصدر مشع وسمية ستُحدث إذا تحطمت ذرة المادة المشعة. تشير نظرية التراكب في فيزياء الكم إلى أنه حتى يفتح شخص ما الصندوق ، فإن القطة حية وميتة على حد سواء ، وهي تراكب لحالات. يؤدي فتح الصندوق لمراقبة القط إلى تغيير حالته الكمومية فجأة بشكل عشوائي ، مما يجبره على أن يكون ميتًا أو حيًا.
القفزة الكمية هي التغيير المنفصل (غير المستمر) والعشوائي في الحالة عند ملاحظتها.
التجربة ، التي أجريت في مختبر الأستاذ ييل ميشيل ديفوريت والتي اقترحها المؤلف الرئيسي زلاتكو مينيف ، تتطلع إلى الأعمال الفعلية للقفزة الكمومية لأول مرة. تكشف النتائج عن اكتشاف مثير للدهشة يتناقض مع النظرة الثابتة للفيزيائي الدنماركي نيلز بور - القفزات ليست مفاجئة ولا عشوائية كما كان يعتقد سابقًا.
بالنسبة لكائن صغير مثل الإلكترون أو الجزيء أو الذرة الصناعية التي تحتوي على معلومات كمية (تُعرف باسم الكوبيت) ، فإن القفزة الكمومية هي الانتقال المفاجئ من حالة الطاقة المنفصلة إلى أخرى. في تطوير الحواسيب الكمومية ، يجب على الباحثين بشكل أساسي التعامل مع قفزات البتات ، والتي هي مظاهر الأخطاء في العمليات الحسابية.
كانت نظرية القفزات الكمومية مبهمة من قبل بور منذ قرن من الزمان ، ولكن لم يتم ملاحظتها حتى الثمانينيات من القرن الماضي ، في الذرات.
يقول ديفوريت ، أستاذ الفيزياء التطبيقية والفيزياء التطبيقية في جامعة ييل وعضو معهد ييل كوانتوم "هذه القفزات تحدث في كل مرة نقيس فيها غبي". "من المعروف أن القفزات الكمية لا يمكن التنبؤ بها على المدى الطويل."
وأضاف مينيف: "رغم ذلك ، أردنا أن نعرف ما إذا كان من الممكن الحصول على إشارة تحذير مسبقة بأن القفزة على وشك الحدوث."
أشار مينيف إلى أن التجربة مستوحاة من التنبؤ النظري للأستاذ هوارد كارمايكل من جامعة أوكلاند ، وهو رائد في نظرية مسار الكم ومؤلف مشارك في الدراسة.
بالإضافة إلى تأثيره الأساسي ، يعد الاكتشاف بمثابة تقدم رئيسي محتمل في فهم المعلومات الكمية والتحكم فيها. يقول الباحثون إن الإدارة الموثوقة للبيانات الكمية وتصحيح الأخطاء فور حدوثها يمثلان تحديًا رئيسيًا في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكم مفيدة للغاية.
استخدم فريق Yale منهجًا خاصًا لرصد ذرة اصطناعية فائقة التوصيل بشكل غير مباشر ، حيث قامت ثلاثة مولدات بالموجات الدقيقة بإشعاع الذرة المحاطة بتجويف ثلاثي الأبعاد مصنوع من الألومنيوم. تسمح طريقة المراقبة غير المباشرة المزدوجة ، التي طورتها Minev للدوائر فائقة التوصيل ، للباحثين بمراقبة الذرة بكفاءة غير مسبوقة.
يحفز إشعاع الموجات الصغرى الذرة الصناعية كما يحدث في وقت واحد ، مما يؤدي إلى قفزات كمية. يمكن تضخيم إشارة الكم الصغيرة لهذه القفزات دون فقدان لدرجة حرارة الغرفة. هنا ، يمكن رصد إشارة في الوقت الحقيقي. وقد مكن ذلك الباحثين من رؤية الغياب المفاجئ لفوتونات الكشف (الفوتونات المنبعثة من حالة ثانوية من الذرة المستثارة من الموجات الدقيقة) ؛ هذا الغياب الصغير هو التحذير المسبق من قفزة نوعية.
وقال ديفوريت: "التأثير الجميل الذي أظهرته هذه التجربة هو زيادة التماسك أثناء القفزة ، رغم ملاحظتها". وأضاف مينيف ، "يمكنك الاستفادة من هذا ليس فقط للقفز ، ولكن أيضا عكس ذلك."
هذه نقطة حاسمة ، قال الباحثون. في حين أن القفزات الكمومية تظهر منفصلة وعشوائية على المدى الطويل ، فإن عكس القفزة الكمية تعني أن تطور الحالة الكمية يمتلك ، في جزء منه ، شخصية حتمية وليست عشوائية. تحدث القفزة دائمًا بنفس الطريقة التي يمكن التنبؤ بها من نقطة البداية العشوائية.
وقال مينيف "القفزات الكمية للذرة تشبه إلى حد ما انفجار البركان." "لا يمكن التنبؤ بها تمامًا على المدى الطويل. ومع ذلك ، فمن خلال المراقبة الصحيحة يمكننا بكل تأكيد اكتشاف تحذير مسبق من كارثة وشيكة والتصرف بشأنها قبل حدوثها.
المؤلفون المشاركون الآخرون للدراسة هم روبرت شولكوف ، وشانتانو مونداها ، وشيام شانكار ، وفيليب رينهولد ، وكلهم من جامعة ييل ؛ ريكاردو غوتيريز يوريغي من جامعة أوكلاند ؛ ومزيار مرهمي ، من المعهد الفرنسي للبحوث في علوم الحاسب الآلي والأتمتة. تم دعم البحث من قبل مكتب أبحاث الجيش الأمريكي. الدراسة الجديدة هي أحدث خطوة في البحث العلمي الكمي لجامعة ييل. العلماء في جامعة ييل في طليعة الجهود المبذولة لتطوير أول أجهزة الكم الكمومية مفيدة للغاية ، وقاموا بعمل رائد في مجال الحوسبة الكمومية باستخدام دوائر فائقة التوصيل.
==========================================================================
مصدر القصة:
المواد المقدمة من جامعة ييل . الأصل كتبه جيم شيلتون. ملاحظة: يمكن تحرير المحتوى للأسلوب والطول.
مرجع المجلة :
ZK Minev، SO Mundhada، S. Shankar، P. Reinhold، R. Gutiérrez-Jáuregui، RJ Schoelkopf، M. Mirrahimi، HJ Carmichael، MH Devoret. للقبض وعكس قفزة الكم في منتصف الرحلة . الطبيعة ، 2019 ؛ DOI: 10.1038 / s41586-019-1287-z
استشهد بهذه الصفحة : MLA APA شيكاغو
جامعة ييل. "يستطيع الفيزيائيون توقع قفزات قطة شرودنجر (وحفظها أخيرًا)." علم يوميا. ScienceDaily ، 3 يونيو 2019. <www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190603124621.htm>.
==========================================================================
ارجوا ان يعجبكم الموضوع تحيات طاقة علوم الفائقة
اشترك في قناتنا على اليوتيوب لنزيد في العطاء
