بعد 25 عامًا، يتمكن الفيزيائيون أخيرًا من قياس النوع “الآخر” من التشابك الكمي

يعد التشابك الكمي واحدًا من أكثر حالات الانفصال الإدراكي بين المجال الكمي والعالم المجهري. عندما تتشابك الجسيمات الأساسية مثل الإلكترونات أو الفوتونات، فإنها تشترك في هوية كمومية ولا يمكن وصفها بأنها كيانات فردية؛ فهي موجودة في حالة تراكب بدون حالة ثابتة حتى يتم قياس حالة واحدة على الأقل. وهذا يتجاوز المسافة المادية، وبالتالي فإن رمي عملة متشابكة كميًا على الأرض سيؤدي إلى نتيجة فورية ومتناسبة على المريخ. وبطبيعة الحال، فإن هذه النتائج عشوائية ولا تنقل أي معلومات، مما يسحق الآمال في اتصالات أسرع من الضوء أو حلقة غش معقدة من الأرض المريخية. الجسيمات الأولية في النموذج القياسي، والتي تصف فهمنا الأفضل حاليًا للجسيمات والقوى الأساسية للكون، باستثناء الجاذبية. (ScienceAlert) لا يزال التشابك أمرًا بالغ الأهمية لتقنيات المعلومات الكمومية؛ نحتاج فقط إلى زيادة عدد الجسيمات التي نشبكها وقدرتنا على قياس هذه الأنظمة. ولتحقيق هذه الغاية، قام فيزيائيون من جامعة كيوتو وجامعة هيروشيما بتقريبنا خطوة أو بضع خطوات من مستقبلنا الكمي الذي يلوح في الأفق في دراسة تاريخية حددت تكوين الحالات المتشابكة متعددة الجسيمات، بدءًا من ثلاثة فوتونات. في السابق، قام العلماء بقياس حالات جرينبرجر-هورن-زيلينجر (GHZ)، وهي “آيس كريم الفانيليا” المعروفة والأساسية لأنظمة التشابك متعدد الجسيمات. “بعد مرور أكثر من 25 عامًا على الاقتراح الأولي المتعلق بالقياس المتشابك لحالات GHZ ، حصلنا أخيرًا على قياس التشابك لحالة W أيضًا، مع عرض تجريبي حقيقي لحالات W ثلاثية الفوتون”، يوضح شيجيكي تاكيوتشي، باحث المعلومات الكمومية. لكن “عجينة كعكة الشوكولاتة” الخاصة بتشابكات الحالة W تظهر تعقيدًا أكبر، وخاصية مثيرة للاهتمام تختلف عن حالات GHZ. في حالة W ، إذا فقدت أحد الجسيمات المتشابكة، فإن الجسيمات المتبقية تحتفظ بحالتها المتشابكة المفيدة. والأهم من ذلك، أنه غالبًا ما يتم قياس تشابك الجسيمات باستخدام تقنية تُعرف باسم التصوير المقطعي الكمي. إنه يعمل مثل التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية الذي يكشف أسرار الهيكل العظمي لأجسامنا. وهو يتضمن أخذ العديد من القياسات، ثم تجميع هذه “الشرائح” معًا لتكوين صورة متماسكة. ولكن هذا يمكن أن يكون غير فعال وصعب، مما يؤدي إلى وجود عائقين عمليين. أولاً، يجب على العلماء إنشاء العديد من الأنظمة المتشابكة المتطابقة، لأن قياس (مراقبة) خصائصها يخرجها من حالاتها المتشابكة. ثانياً، ترتفع القياسات المطلوبة لإعادة بناء حالة متشابكة بشكل كبير مع عدد الجسيمات المتشابكة. تمكن الباحثون من تجنب هذه المشكلات من خلال قياس طلقة واحدة يحدد النظام المتشابك بأكمله في خطوة واحدة. لقد فعلوا ذلك باستخدام جهاز دائرة بصرية منفصل لتحويل فورييه (DFT) من صنعهم، والذي كان بمثابة مقياس تداخل متقدم. الإعداد التجريبي. (Park et al, Sci. Adv., 2025) بمعنى آخر، قاموا بحقن ثلاثة فوتونات ذات استقطاب معروف في هذا الجهاز، مما أدى إلى تقسيمها على طول مسارات مختلفة ثم صدمها مرة أخرى ببعضها البعض، لمعرفة كيف تصطف قمم وأودية وظائفها الموجية، إما بالدمج أو الإلغاء. سمح هذا للباحثين باستكشاف “تناظر التحول الدوري” لحالة W ، والذي يشبه إلى حد ما بصمة النظام بناءً على تناظر خصائصه الكمومية. ويعني جزء “التحول الدوري” أن الوصف الهيكلي للنظام المتشابك لا يتغير عندما يتم إزاحة فوتوناته الفردية بطريقة دورية. تخيل مجموعة من الأشخاص يجلسون في دائرة حول نار المخيم. فجأة، يقف كل واحد منهم ويتحرك على مقعد واحد إلى اليسار (من يدري لماذا، ربما يكونون جزءًا من عقل بورغي مقصور على فئة معينة ولم يفقد افتتان أسلافه باللهب). ونتيجة لذلك، تبدو دائرة بورغ المتغيرة دوريًا كما هي. رسم توضيحي مبسط للإعداد التجريبي. (KyotoU/Takeuchi lab) وهكذا، كشف الباحثون عن متوسط ​​دقة تمييز القياس (MDF) يبلغ 0.871 ± 0.039. لقد حددوا بشكل صحيح حالة حالة W بنسبة 87% من الوقت، متجاوزين بشكل مريح العتبة الرياضية البالغة 66.7% (الثلثين) لإثبات أنه تم تحقيق قياس تشابك الجسيمات الثلاثة، وبالتالي إثبات فعالية منهجيتهم. لماذا ليس 100 في المئة؟ يعزو الفريق النقص إلى عيوب في إعداد الفوتون وإعداد القياس نفسه. كتب الباحثون: “نعتقد أن هذه النتائج تمثل معلمًا مهمًا نحو تطبيق أوسع للقياسات المتشابكة متعددة الكيوبت في حساب الكم الفوتوني، والتواصل الكمي، والاستشعار”. وبناءً على ذلك، يساعد هذا العمل على فتح الباب – ونأمل ألا يكون بابًا كميًا مفتوحًا ومغلقًا في نفس الوقت، أي: إصبع شرودنغر المتعثر – للتطبيقات الكمومية في الحوسبة والتشفير. ويخطط الفريق الآن لتطوير دوائر كمومية ضوئية على الرقاقة لإجراء هذه القياسات المتشابكة. ونظرًا للضخامة التكنولوجية الهائلة للحوسبة الكمومية، يمكن أن تجتمع هذه التطورات معًا لتحسين أبحاث الأدوية المنقذة للحياة أو استراتيجيات الرعاية الصحية الشخصية، على سبيل المثال. يمكنهم أيضًا جعل حسابات نقاط مكافآت بيتزا هت الخاصة بنا أكثر أمانًا من أي وقت مضى – ما لم يكن لدى المتسلل المتعطش للبيبروني أيضًا إمكانية الوصول إلى الحوسبة الكمومية. تم نشر البحث في Science Advances. تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وحررت بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأ، يرجى إعلامنا بذلك.