ربما يكون الفيزيائيون قد قاموا عن غير قصد ببناء وحدة كيوبت يمكن أن تعمل إلى الوراء في الوقت المناسب

في الكون الكلاسيكي، يطير سهم الزمن في اتجاه واحد، لكن في عالم الكم، حيث تنهار الفيزياء الكلاسيكية، هل يمكن أن يكون اتجاه الزمن جاهزًا للتعديل؟

إن القدرة على التحكم في اتجاه التطور الكمي يمكن أن توفر طرقًا جديدة لمعالجة المعلومات، مع ما يترتب على ذلك من آثار خاصة بالنسبة للحوسبة الكمومية.

وقد يكون في متناول اليد.

لقد أظهر الفيزيائيون الكوريون كيوبتًا يمكن تشغيل عملياته إلى الوراء في الوقت المناسب … والتطور المثير للسخرية هو أنه كان عليهم العودة بالزمن إلى الوراء للعثور عليه.

في أ طبعة أولية جديدةطور الفيزيائي تاي هيون يون من جامعة كوريا نظرية تصف ما يسميه بـ كيوبت زمنية أحادية الفوتون ذات فراغ كمي – وأظهر ذلك تجربة هو وزملاؤه أجريت في عام 2018 لغرض مختلف تمامًا قد أظهره بالفعل عن غير قصد أثناء العمل.

إن فكرة الكيوبت الزمني هي فكرة حديثة نسبيًا، وقد ظهرت في طبعة أولية صاغها الفيزيائي ياكوف بلوخ من جامعة تل أبيب، تم تحميله إلى arXiv في نوفمبر 2025.

إنه في الواقع ليس كيوبتًا يمكنه السفر إلى الوراء عبر الزمن؛ بل، كما يوضح بلوخ، هو نظام كمي يمكن أن يتطور في اتجاهين زمنيين متعاكسين في وقت واحد.

تخيل ساعة يمكن أن تتحرك عقاربها في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة في وقت واحد. هذه هي الفكرة تقريبًا، باستثناء أنه بدلًا من الرجوع بالزمن إلى الوراء، يسمح الكيوبت للفيزيائيين بالتلاعب بالاتجاه الذي تتكشف فيه العملية الكمومية.

واقترح أنه يمكن اختبار ذلك تجريبيًا عن طريق تقسيم مسار الجسيم الكمي إلى قسمين، مع وجود مجالات مغناطيسية متعارضة على طول المسارين، ثم جمعهما معًا مرة أخرى. يمكن لنمط التداخل في لم شملهم أن يكشف عن كيفية ارتباط التطورين المتعارضين.

وحتى وقت كتابة هذا التقرير، لا تزال هذه الفكرة راسخة في المجال النظري؛ ولكن، مثل جسيم كمي منقسم إلى قسمين، أخذ يون الفكرة وسار بها في اتجاه آخر.

وبدلاً من استخدام المجالات المغناطيسية لعكس تطور الجسيمات الدوارة، تحول يون إلى الضوء. يستخدم أسلوبه مصدرين بلوريين يولدان أزواج فوتونات متشابكة؛ يحمل فوتون واحد من كل زوج كيوبتًا أحادي الفوتون. تُسمى هذه التقنية قياس التداخل بمصدر ثنائي الفوتون غير الخطي (ENBS).

يتم بعد ذلك التحكم في اتجاه تفاعل كمي معين عن طريق ضبط طور الضوء المستخدم لتوليد الفوتونات.

إن تعديل الطور بمقدار نصف دورة يؤدي إلى عكس التفاعل الكمي ــ ليس لأن الوقت نفسه يتدفق إلى الوراء، بل لأن العملية الرياضية التي تحكم التفاعل تسير في الاتجاه المعاكس.

في ميكانيكا الكم، تطور النظام مع مرور الوقت محكوم بوصف رياضي يسمى هاميلتون. فهو يحدد كيفية تغير الحالة الكمومية للنظام من لحظة إلى أخرى.

اعكس علامة ذلك الهاملتوني، وسيتطور النظام كما لو كان الزمن نفسه يركض إلى الوراء، متتبعًا التغييرات التي كان سيخضع لها.

لا تعكس طريقة يون الهاملتونية بأكملها، ولكنها تعكس الجزء الذي يحكم التفاعل الذي يتحكم فيه. وهذا يعطيه اتجاهين متعارضين للتطور الكمي – أي ما يعادل الساعة الكمومية التي يمكن أن تدور عقاربها في أي اتجاه.

لكن الاتجاهين المتعارضين ليسا في حد ذاتهما كيوبتًا زمنيًا. وهذا يتطلب شيئًا إضافيًا – التراكب، حيث يوجد كلا الاتجاهين في وقت واحد.

هذا هو المكان الذي يصبح فيه ضوء الليزر المشترك مهمًا. عادة، يؤدي توليد زوج من الفوتون إلى ترك معلومات يمكن أن تكشف عن البلورة التي أنتجته. وتميز هذه المعلومات بين المسارين المحتملين، مما يمنعهما من إنتاج التراكب المتماسك اللازم للكيوبت.

ولكن من خلال تزويد كلا البلورات بالضوء من نفس مصدر الليزر المتماسك، يمكن قمع المعلومات المميزة، مما يسمح للتطورين الكميين المتعارضين بالتداخل.

والنتيجة هي كيوبت أحادي الفوتون لا يقوم بتشفير مسارين مختلفين فحسب، بل اتجاهين متعارضين للتطور الكمي.

لم يكن يون بحاجة إلى تصميم وبناء تجربة جديدة تمامًا لإثبات أن هذا النهج ممكن. وبدلاً من ذلك، لجأ إلى قياسات من تجارب أجراها هو وزملاؤه بالفعل، بما في ذلك تجربة أجريت في عام 2018.

لقد أظهرت تلك التجارب السلوك المعتمد على الطور والتداخل الذي يتطلبه إطاره النظري الجديد. ومن خلال إعادة فحص البيانات التي جمعها هو وزملاؤه بالفعل، أظهر يون أنه يمكن فهم الجهاز على أنه تطبيق للكيوبت الزمني أحادي الفوتون.

نظرًا لأنه يستخدم بيانات من تجارب قديمة لاستكشاف نظرية جديدة، فهو ليس عرضًا مثاليًا. ومع ذلك، كدليل على المفهوم، فإنه يشير إلى أنه يمكن أن يكون هناك الكثير لنكسبه من خلال متابعته في تحقيق مخصص للكيوبتات الزمنية.

إن تجربة أكثر تخصصًا مع تحكم أكثر صرامة في الحالات الكمومية يمكن أن تختبر النطاق الكامل للعمليات التي تنبأت بها النظرية.

أو كما يضعها يون، “إن اقتران الكيوبت الزمني المنفصل لـ ENBS عبر عمليات إزاحة التردد الزمني المتحكم بها مع حالات الشبكة البوسونية Gottesman-Kitaev-Preskill (TF-GKP) الأصلية في مساحة الطور الحلقي الزمني ينشئ طريقًا قويًا نحو تصحيح الخطأ الكمي الزمني المتسامح مع الأخطاء، ومعالجة qudit عالية الأبعاد، ومحاكاة الطاولة لديناميات كاشف الكم النسبية.”

تمامًا.

البحث، الذي لم تتم مراجعته بعد، متاح على arXiv.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.