التشابك الكمي، هو ظاهرة فيزيائية تحدث عندما تتولد مجموعة من الجسيمات، أو تتفاعل أو تشترك في القرب المكاني بطريقة لا يمكن فيها وصف الحالة الكمية، لكل جسيم في المجموعة بشكل مستقل عن حالة الجسيمات الأخرى، وفي هذا المقال سنوضح ما هو التشابك الكمومي
ما هو التشابك الكمومي
- التشابك الكمي هو أحد الظواهر الغريبة التي تُرى عندما تصبح الأشياء صغيرة، أو داخل عالم الكم، يحث عندما يرتبط جسيمان أو أكثر بطريقة معينة، بغض النظر عن المسافة بينهما في الفضاء، تظل حالاتهما مرتبطة.
- هذا يعني أنهم يشتركون 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.
- على سبيل المثال، من الممكن تحضير جسيمين في حالة كمية واحدة بحيث أنه عندما يُلاحظ أن أحدهما يدور لأعلى، فسيتم دائمًا ملاحظة أن الآخر يدور لأسفل والعكس صحيح، هذا على الرغم من حقيقة أنه من المستحيل التنبؤ، وفقًا لميكانيكا الكم، بمجموعة القياسات التي سيتم ملاحظتها.
- نتيجة لذلك، يبدو أن القياسات التي يتم إجراؤها على نظام واحد، تؤثر بشكل فوري على الأنظمة الأخرى المتشابكة معه، لكن التشابك لا يسمح بنقل المعلومات الكلاسيكية أسرع من سرعة الضوء.
اقرأ أيضا: ما هي اللبتونات
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 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، فتلخص الحالة الكمومية احتمالية قياس خاصية معينة لجسيم ما، مثل موضعه أو الزخم الزاوي.
- ميزة أخرى للحالات الكمومية، 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.
- اشتهر ألبرت أينشتاين بالإشارة إلى التشابك الكمي على أنه “عمل مخيف عن بعد”.
- كان إروين شرودنجر، وهو أحد مؤسسي ميكانيكا الكم، أول عالم فيزياء استخدم كلمة “التشابك”، 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 هذا.
- 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.
اقرأ أيضا: ما هو الرادار الكمومي
كيف يحدث التشابك الكمومي
- هناك العديد من الطرق 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، والتي 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 هذه العملية، أو عن طريق مزج أزواج من الفوتونات في كابل من الألياف الضوئية.
فيما يستخدم التشابك الكمي
- ربما يكون التشفير هو التطبيق الأكثر استخدامًا للتشابك الكمي، 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، وإذا 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 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 كبيرة وتكرارها في مكان آخر .
- من الأفضل التفكير في النقل الآني الكمي، باعتباره النسخة الكمومية للتواصل التقليدي.
- أولاً، يعد المرسل جسيمًا لاحتواء المعلومات التي يريد نقلها، ثم يقوم بدمج هذه الحالة الكمومية مع زوج متشابك من الجسيمات، يؤدي هذا إلى تغيير مماثل في الزوج المتشابك الآخر.
- ثم يسجل جهاز الاستقبال التغيير في الشريك المتشابك للزوج.
- أخيرًا، يجب على المرسل أن يرسل، عبر القنوات العادية التغيير الأصلي الذي تم إجراؤه على الزوج المتشابك، هذا يسمح للمستقبل بإعادة بناء الحالة الكمية في الموقع الجديد.
المراجع
