جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 لثلاثة علماء في مجال التشابك الكمي

وكان الباحثون رائدين في دراسة التشابك الكمي. فاز الثلاثة جميعًا بجائزة وولف للفيزياء لعام 2010، وبذلك استمروا في تقليد جائزة وولف كمتنبئ بجائزة نوبل.

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 لثلاثة علماء يعملون في مجال ميكانيكا الكم: آلان أسبكت، وجون بي كلاوزر، وأنتون زيلينجر، وذلك بفضل "تجارب الفوتونات المتشابكة التي توفر انتهاكًا لقانون بيل (نظرية بيل) أثناء تأسيسها". علم المعلومات الكمومية".

فاز الثلاثة جميعًا بجائزة وولف للفيزياء لعام 2010. وقد أثبت هذا مرة أخرى أن جائزة وولف أصبحت مؤشراً لجائزة نوبل.

التشابك الكمي (ويكيبيديا)

تركيز المعلومات حول التشابك الكمي في موقع المعرفة

نظرية بيل

في الفيزياء، نظرية بيل هي اسم عام لمجموعة من النتائج التي تثبت أن ميكانيكا الكم تتناقض مع المعنى البسيط لمبدأ المحلية. ومبدأ المحلية بهذا المعنى هو الافتراض بأن القياس الذي يتم إجراؤه في مكان واحد في الفضاء لا يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على نتيجة القياس الذي يتم إجراؤه في مكان آخر في الفضاء.

آلان إسبا هو عالم فيزياء يتعامل مع نظرية الكم، حائز على جائزة وولف في الفيزياء لعام 2010. اشتهر بالتجارب التي أجراها عام 1981. وكانت نتائج التجربة تأكيدًا لنظرية بيل ونظرية الكم ودحضت هذا الادعاء. لألبرت أينشتاين وبوريس بودولسكي وناثان روزين أن نظرية الكم غير مكتملة ويجب استبدالها بنظريات المتغيرات المخفية المحلية تاريخ الميلاد: 15 يونيو 1947 (العمر 75 سنة)، أجان، فرنسا. الجوائز: جائزة هولووك (1991)، جائزة وولف في الفيزياء (2010)، وسام ألبرت أينشتاين (2012)، زميل الجمعية الملكية (2015)؛

جون بي كلاوزر (جون كلاوزر). من أسباب لجنة جائزة وولف: "للإنجازات المفاهيمية والأعمال التجريبية التي ساهمت في أسس فيزياء الكم، وخاصة للتجارب التي أصبحت أكثر وأكثر تعقيدا في فحص صحة متباينات بيل أو امتداداتها أثناء استغلال التشابكات". الحالات الكمومية." الخصائص الغريبة للحالات الكمومية المتشابكة، التي لاحظها لأول مرة أينشتاين وبودولسكي وروزن الذين اشتبهوا في أن ميكانيكا الكم ليست نظرية مثالية، تم توضيحها لأول مرة بشكل كبير في العمل الأساسي لجون بيل. أظهر بيل أن بعض الارتباطات الإحصائية بين خصائص جسيمين متباعدين يتم إنتاجهما في حالة متشابكة لا يمكن تفسيرها من خلال نظرية تعتمد على حالات حتمية محلية حتى لو كانت هناك خصائص إضافية غير قابلة للقياس ("المتغيرات الخفية"). بدأت سلسلة التجارب على الفوتونات المتشابكة، والتي تميزها هذه الجائزة، بعمل جون كلاوزر (مواليد 1942، الولايات المتحدة الأمريكية) ومعاونيه، الذين أظهروا كيفية تطبيق متباينة بيل على تجربة عملية معينة، حيث أنتجوا فوتونات متشابكة الفوتونات وقياس الارتباطات بين خواصها بواسطة كاشفين بعيدين عن بعضهما البعض. أظهرت هذه المحاولة الرائدة الاتساق مع توقعات ميكانيكا الكم وألغت إمكانية وجود حالات حتمية محلية. نظرًا لأنه كان لا يزال من الممكن تفسير نتائج التجربة على أنها ناشئة عن حالات كلاسيكية مجهرية كانت موجودة قبل إنشاء الفوتونات المتشابكة، فقد أجرى آلان أسبي (مواليد 1947، فرنسا) ومعاونوه تجارب إضافية. في البداية، تم قياس عدد أكبر من الارتباطات في تجربة واحدة، وبالتالي زيادة دقة القياس. لاحقًا، وفي تجربة أخرى، تم تحديد خصائص الكاشفات (اتجاه استقطاب المستقطبات الموضوعة أمام الكاشفات) فقط بعد إنشاء أزواج الفوتون المتشابكة، بينما كانت في طريقها إلى الكاشفات. وفي هذه التجربة أيضًا، تم انتهاك متباينة بيل، كما هو متوقع، بواسطة ميكانيكا الكم.

أضاف أنطون زيلينجر (مواليد 1945، النمسا) (أنطون زيلينجر) وشركاؤه عاملاً آخر. وفي إحدى التجارب، تمت إضافة عامل عشوائي لتحديد خصائص الكاشفات. بالإضافة إلى ذلك، في أعقاب الاقتراح النظري الذي قدمه جرينبرجر وهورن وزيلينجر، تم إجراء تجربة أخرى باستخدام ثلاثة جسيمات متشابكة (بدلاً من جسيمين متشابكين) والتي أظهرت، بشكل لا لبس فيه، التناقض بين تنبؤ ميكانيكا الكم وتنبؤ الحالات الحتمية المحلية .

جمعت ألين (آلان أسبكت)

جامعة باريس ساكلاي وإيكول بوليتكنيك، باليزو، فرنسا

جون بي كلوزر (جون كلوزر)

جي إف كلاوزر ومساعده، وولنت كريك، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية

أنطون زيلينجر (انطون زيلينجر),

جامعة فيينا، النمسا

المواقف المتشابكة - من النظرية إلى التكنولوجيا

أجرى كل من الفائزين الثلاثة بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 تجارب رائدة باستخدام حالات كمومية متشابكة، حيث يتصرف جسيمان كما لو كانا وحدة واحدة حتى عندما يكونان منفصلين ومتباعدين. مهدت النتائج التي توصلوا إليها الطريق لتطوير تقنيات مبتكرة تعتمد على المعلومات الكمومية.

بدأت الآثار التي لا توصف لميكانيكا الكم تصل إلى التطبيقات التكنولوجية. يوجد اليوم مجال بحثي واسع يشمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية والشبكات الكمومية والاتصالات الكمومية المشفرة والآمنة. أحد العناصر الأساسية في كل هذا التطور هو الإجابة على سؤال كيف تسمح ميكانيكا الكم بوجود جسيمين أو أكثر في ما يعرف باسم "الحالة المتشابكة". ما يحدث لأحد الجسيمات في الزوج المتشابك يحدد ما يحدث للجسيم الآخر، حتى لو كانا متباعدين. 

لفترة طويلة، كان السؤال هو ما إذا كان الارتباط بينهما يرجع إلى أن الجزيئات الموجودة في الزوج المتشابك تتضمن متغيرات مخفية، وهو نوع من "التعليمات" التي توجهها إلى النتيجة المطلوبة في التجربة. في ستينيات القرن الماضي، طور جون ستيوارت بيل المتباينة الرياضية التي سميت باسمه. وينص هذا القانون على أنه: "في حالة وجود متغيرات كامنة، فإن الارتباط بين نتائج عدد كبير من التجارب لن يتجاوز قيمة محددة". ومع ذلك، تتنبأ ميكانيكا الكم بأن تجربة معينة ستكون قادرة على دحض نظرية بيل، أي أنه قد يكون هناك ارتباط أقوى مما كان متوقعًا. 

قام جون بي كلاوزر (جون كلاوزر) بتطوير أفكار بيل التي أدت إلى إجراء تجربة عملية. وعندما قام بتحليل نتائج التجارب، دعمت ميكانيكا الكم في انتهاك واضح لنظرية بيل. تشير هذه النتيجة إلى أنه لا يمكن استبدال ميكانيكا الكم بنظرية تستخدم المتغيرات المخفية.

لا يزال هناك عدد من الثغرات بعد تجربة كلاوزر. قام آلان آسبكت بتطوير نظام اختبار مبتكر يمنع هذه الثغرات. وتمكن من تغيير بيانات القياس بعد أن ترك الزوج الملتوي مصدره بالفعل، بحيث لم تعد البيانات الأصلية في النظام تؤثر على نتيجة التجربة.

وباستخدام وسائل أكثر تقدمًا وسلسلة طويلة من التجارب، بدأ أنطون زيلينجر في دراسة الحالات الكمومية المتشابكة. ومن بين أمور أخرى، أظهر فريقه البحثي ظاهرة كمومية تسمى "الانتقال الآني الكمي"، والتي تسمح بنقل الحالة الكمية لجسيم واحد إلى جسيم آخر موجود في مكان آخر.

"لقد أصبح من الواضح بشكل متزايد أن نوعًا جديدًا تمامًا من تكنولوجيا الكم آخذ في الظهور. "يمكننا أن نرى أن أبحاث الحائزين على جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام في مجال الحالات المتشابكة لها أهمية كبيرة، حتى بما يتجاوز الأسئلة الأساسية المتعلقة بتفسير ميكانيكا الكم"، كما يقول أندرس إيرباك، رئيس لجنة نوبل للفيزياء.

كيف أصبح التشابك الكمي أداة قوية

باستخدام تجارب رائدة، أثبت آلان أسبكت، وجون بي كلاوزر، وأنطون زيلينجر إمكانية دراسة الجسيمات والتحكم فيها في الحالات المتشابكة. إن ما يحدث لجسيم واحد يشكل جزءًا من زوج متشابك يحدد ما يحدث للجسيم الآخر في الزوج، حتى لو كانا متباعدين. إن تطوير الأدوات التجريبية للفائزين الثلاثة بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 وضع الأساس لعصر جديد من تكنولوجيا الكم.

أسس ميكانيكا الكم ليست مجرد نظرية أو فكر. يتم حاليًا استخدام البحث والتطوير النشط بطريقة مباشرة لتحقيق الاستفادة من الخصائص الخاصة لنظام يتضمن جزيئات متميزة من أجل تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية وتحسين القياسات وبناء شبكات الكم وتطوير اتصالات كمومية آمنة ومشفرة.

تعتمد العديد من التطبيقات على سؤال حول كيفية سماح ميكانيكا الكم لجسيمين أو أكثر بالوجود في حالة مشتركة، بغض النظر عن المسافة بينهما. وتسمى هذه الظاهرة "التشابك"، وهي واحدة من أكثر القضايا إثارة للجدل في مجال ميكانيكا الكم منذ صياغة هذه النظرية. تحدث ألبرت أينشتاين عن "النشاط الغريب" على المسافات، وذكر إيروين شرودنغر أن هذه هي الفضيلة الأكثر أهمية في مجال ميكانيكا الكم.

قام الفائزون بجائزة نوبل لهذا العام بالتحقيق في هذه الحالات الكمومية المتشابكة، ووضعت تجاربهم أسس الثورة العلمية التي تحدث اليوم في مجال تكنولوجيا الكم.

ليست حقا تجربة يومية

عندما يكون جسيمان في حالة تشابك، فإن من يقيس خاصية أحد الجسيمين يمكنه على الفور تحديد نتيجة القياس الموازي للجسيم الآخر، دون إجراء التجربة فعليًا. للوهلة الأولى، لا يبدو هذا غريبًا جدًا. إذا فكرنا في الكرات بدلاً من الجسيمات، فيمكننا أن نتخيل تجربة حيث يتم توجيه كرة سوداء في اتجاه واحد وكرة بيضاء في الاتجاه المعاكس. يمكن للمراقب الذي يمسك الكرة ويرى أنها بيضاء، أن يقول على الفور أن الكرة التي ذهبت في الاتجاه الآخر هي بالتأكيد سوداء.  

ما يجعل ميكانيكا الكم مميزة هو حقيقة أن معادلات المجالات ليست لها حالات قابلة للقياس، حتى لحظة القياس نفسها. يبدو الأمر كما لو أن الكرتين رمادية اللون، حتى اللحظة التي يشاهدهما فيها شخص ما. في هذه اللحظة، يمكن أن تكون كل كرة باللون الأسود أو الأبيض بشكل عشوائي. وستحصل الكرة الأخرى على اللون المعاكس في تلك اللحظة. ومع ذلك، كيف يمكنك معرفة ما إذا كانت الكرات ذات لون ثابت بالفعل في بداية التجربة؟ حتى لو بدت رمادية اللون، ربما كان هناك نوع من التعليمات المخفية بداخلها تخبرها بالألوان التي يجب أن تتحول إليها بمجرد أن يراقبها شخص ما.

هل يوجد اللون عندما لا يشاهده أحد؟

يمكن مقارنة الأزواج المتشابكة في ميكانيكا الكم بآلة ترمي كرات ذات ألوان متضادة في اتجاهين متعاكسين. عندما يمسك بوب كرة ويدرك أنها سوداء، يعرف على الفور أن أليس التقطت كرة بيضاء. في النظرية التي تم فيها استخدام المتغيرات الكامنة، كانت الكرات تحتوي دائمًا على معلومات كامنة فيما يتعلق باللون الذي ستظهر به. ومع ذلك، تدعي ميكانيكا الكم أن كلتا الكرتين كانتا رماديتين حتى لاحظهما شخص ما، عندما تحولت إحداهما بشكل عشوائي إلى اللون الأبيض والأخرى إلى اللون الأسود. وتدعي متباينة بيل أن هناك تجارب يمكنها التمييز بين هذه الحالات. أثبتت مثل هذه التجارب أن ميكانيكا الكم صحيحة.

جزء مهم من البحث الذي مُنحت له جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام هو رؤية نظرية تسمى "متباينات بيل". تتيح هذه النظرية التمييز بين مبدأ عدم اليقين في ميكانيكا الكم والوصف البديل باستخدام تعليمات سرية، أو متغيرات مخفية. لقد أثبتت التجارب أن الطبيعة تتصرف كما تنبأت بها ميكانيكا الكم. الكرات رمادية اللون، دون أي معلومات مخفية، والعشوائية المطلقة فقط هي التي تحدد أي منها سيصبح أسود وأيها سيصبح أبيض.    

أهم مورد لميكانيكا الكم

في الحالات الكمومية المتشابكة يتم تخزين القدرة على تطوير طرق جديدة لتخزين ونقل ومعالجة المعلومات. تحدث أشياء مثيرة للاهتمام عندما تتحرك جسيمات الزوج المتشابك في اتجاهات مختلفة ثم يلتقي أحدهما بجسيم ثالث فيشكل معه زوجًا متشابكًا. عند هذه النقطة يدخلون في حالة مشتركة جديدة. يفقد الجسيم الثالث هويته، لكن خصائصه الأصلية قد انتقلت الآن إلى الجسيم الأول من الزوج الأصلي. تسمى هذه الطريقة لنقل حالة كمية غير معروفة من جسيم إلى آخر بالنقل الآني. تم إجراء هذا النوع من التجارب لأول مرة في عام 1997 بواسطة انطون زيلينجر وزملاؤه.

ومن اللافت للنظر أن النسخ الكمي هو الطريقة الوحيدة لنقل المعلومات الكمية من نظام إلى آخر دون فقدان أي جزء منها. من المستحيل تمامًا قياس جميع خصائص النظام الكمي ثم نقل المعلومات إلى الطرف المتلقي الذي يرغب في إعادة إنتاج النظام الأصلي. ويكمن السبب في ذلك في أن النظام الكمي قادر على احتواء عدة إصدارات من كل خاصية في نفس الوقت، حيث يكون لكل إصدار احتمال معين للظهور أثناء القياس.

بمجرد إجراء القياس، يبقى واحد فقط من الإصدارات المحتملة، وهي - تلك التي تم التقاطها بواسطة جهاز القياس. أما الإصدارات الأخرى فقد اختفت ولا يمكن معرفة أي شيء عنها على الإطلاق. ومع ذلك، يمكن نقل الخصائص الكمومية غير المعروفة تمامًا باستخدام النسخ الكمي دون تغيير الجسيم الآخر، ولكن على حساب اختفاء هذه الخصائص في الجسيم الأصلي.

وبمجرد إثبات هذه الظاهرة في التجارب، كانت الخطوة التالية هي استخدام زوجين من الجسيمات المتشابكة. إذا تم تقريب جسيم واحد من كل زوج بطريقة معينة، فإن الجسيمات غير المتحركة في كل زوج يمكن أن تتشابك، على الرغم من أنها لم تكن على اتصال مع بعضها البعض أبدًا. تم عرض هذا المفتاح المتشابك لأول مرة في عام 1998 من قبل مجموعة أبحاث أنطون زيلينجر.

يمكن إرسال أزواج الفوتونات المتشابكة، وهي جسيمات الضوء، في اتجاهين متعاكسين عبر الألياف الضوئية واستخدامها كإشارات في الشبكات الكمومية. يمكن أن يسمح تشابك الزوجين بزيادة المسافة بين عقد هذه الشبكة. من المسلم به أن هناك حدًا للمسافة التي يمكن للفوتونات أن تنتقل عبرها عبر الألياف الضوئية قبل أن تتلاشى أو تفقد خصائصها. على الرغم من إمكانية تضخيم الإشارات الضوئية العادية على طول المسار، إلا أن هذا التضخيم غير ممكن عند استخدام أزواج ملتوية. ولهذا يجب استخدام مضخم يلتقط الضوء ويقيسه، ولكن استخدام مضخم يفكك التشابك الكمي. وفي الوقت نفسه، يعني التشذير أنه سيكون من الممكن إرسال الحالة الأصلية، مع نقلها لمسافات أكبر من أي وقت مضى.

جزيئات متشابكة لن تلتقي أبداً

ينبعث زوجان من الجسيمات المتشابكة من مصادر مختلفة. يقترب جسيم واحد من كل زوج من الجسيم الآخر بطريقة خاصة تسمح لهما بالتشابك. ويتشابك الجسيمان المتبقيان أيضًا في هذه المرحلة. بهذه الطريقة، يصبح الجسيمان اللذان لم يلتقيا أو يتصلا ببعضهما أبدًا زوجًا متشابكًا.

من التناقض إلى عدم المساواة

يعتمد هذا التقدم العلمي على سنوات عديدة من التطورات. بدأ الأمر برؤية محيرة للعقل مفادها أن ميكانيكا الكم تسمح لنظام كمي واحد بالانقسام إلى أجزاء منفصلة ستظل تعمل كوحدة واحدة. وهذه الرؤية تتناقض مع كل الأفكار العلمية التي وصلتنا فيما يتعلق بالسبب والنتيجة وطبيعة الواقع. كيف يمكن أن يتأثر شيء ما بحدث يحدث في مكان آخر دون أن تأتي منه إشارة ما؟ لا يمكن للإشارة أن تتحرك بشكل أسرع من الضوء - ولكن في ميكانيكا الكم لا يبدو أن هناك حاجة إلى أي إشارة لتوصيل الأجزاء المختلفة للنظام الموسع. اعتبر ألبرت أينشتاين مثل هذه الظاهرة مستحيلة واختبر جدواها مع زملائه بوريس بودولسكي وناثان روزين. لقد قدموا فرضيتهم في عام 1935: "ميكانيكا الكم لا تقدم وصفًا مثاليًا للواقع". أصبح هذا التأكيد مفارقة EPR، التي سُميت على اسم عائلات الباحثين الثلاثة. كان السؤال هو ما إذا كان يمكن أن يكون هناك وصف أكثر كمالا للعالم، بحيث تكون ميكانيكا الكم جزءا واحدا فقط منه. يمكن أن يحدث هذا الموقف، على سبيل المثال، عندما تحتفظ الجسيمات دائمًا بالمعلومات المخفية حول سلوكها في نهاية التجربة. وأظهرت جميع التجارب اللاحقة أن الخصائص موجودة بالضبط حيث يتم إجراء القياسات. يُشار أحيانًا إلى هذا النوع من المعلومات باسم "المتغيرات المخفية المحلية". ركز الفيزيائي الأيرلندي الشمالي جون ستيوارت بيل (1928-1990)، الذي عمل في مسرع الجسيمات CERN، على هذه المشكلة بشكل أكبر. واكتشف أن هناك نوعًا من التجارب يمكنه تحديد ما إذا كان العالم يعتمد على ميكانيكا الكم برمته، أو ما إذا كان من الممكن وصف آخر يحتوي على متغيرات مخفية. وبتكرار تجربته عدة مرات، أظهرت جميع النظريات التي كان من المفترض أن تحتوي على متغيرات كامنة وجود علاقة ارتباط بين النتائج التي يجب أن تكون أقل من، أو على الأكثر تساوي، قيمة معينة. تمت صياغة هذه النظرية في شكل معادلة رياضية تسمى متباينة بيل. ومع ذلك، يمكن لميكانيكا الكم أن تنتهك هذه الصيغة. ويتنبأ بقيم أعلى للارتباط بين النتائج مما هو ممكن في الأنظمة التي تحتوي على متغيرات كامنة.

جون بي كلوزر (جون كلوزر) أصبح مفتونًا بأساسيات ميكانيكا الكم عندما كان طالبًا في الستينيات. لم يستطع أن يهز أفكار بيل منذ اللحظة التي قرأ فيها، وفي النهاية، تمكن هو وثلاثة باحثين آخرين من تقديم مقترح لنوع عملي من التجارب التي يمكن استخدامها لاختبار نظرية بيل.

تضمنت التجربة إرسال زوج من الجسيمات المتشابكة في اتجاهين متعاكسين. ومن الناحية العملية، يتم استخدام الفوتونات ذات خاصية تسمى الاستقطاب. عندما تنبعث الجسيمات يكون اتجاه الاستقطاب غير محدد، وكل ما هو مؤكد هو أن الجسيمات لها استقطاب متوازي. ويمكن اختبار ذلك باستخدام مرشح يسمح بمرور الجزيئات ذات استقطاب معين. وهذه هي النتيجة التي يتم فيها استخدام النظارات الشمسية التي تحجب أشعة الضوء المستقطبة في مستوى معين.

إذا تم إرسال الجسيمين في التجربة نحو المرشحات الموجودة في نفس المستوى، مثل المستوى الأفقي، وتمكن أحدهما من المرور، فإن الآخر سوف يمر أيضًا. إذا تم وضعهما بزوايا مختلفة عن بعضهما البعض، فسيقوم أحدهما بالفرملة بينما يستطيع الآخر المرور. والفكرة هي القياس باستخدام نظام الترشيح في اتجاهات مختلفة، والحصول على قرار لا لبس فيه بفضل النتائج: في بعض الحالات سوف يمر كلا الجسيمين، وأحيانًا واحد منهما فقط، وأحيانًا لا يمر أي منهما. يعتمد عدد مرات مرور الجسيمين على المرشح على الزوايا بين المرشحات.

تنص ميكانيكا الكم على أنه سيكون هناك ارتباط بين القياسات. يعتمد احتمال نجاح أحد الجسيمين على زاوية المرشح الذي يتحقق من استقطاب الجسيم الآخر على الجانب الآخر من نظام القياس. أي أن نتائج القياسين، عند زوايا معينة، تنتهك متباينة بيل ولها ارتباط أقوى مما يمكن الحصول عليه إذا كانت النتائج مبنية على متغيرات كامنة تم تحديدها مسبقًا حتى قبل انبعاث الجسيمات.

انتهاك عدم المساواة

بدأ جون بي كلوزر على الفور في إجراء هذه التجربة. قام ببناء جهاز يصدر فوتونين متشابكين في نفس الوقت، مع توجيه كل منهما نحو مرشح يتحقق من استقطابهما. في عام 1972، تمكن مع طالب الدكتوراه ستيوارت فريدمان من إظهار نتيجة تمثل انتهاكًا واضحًا لمتباينة بيل مع الاتفاق مع تنبؤات ميكانيكا الكم. في السنوات التي تلت ذلك، واصل جون كلاوزر وغيره من الفيزيائيين مناقشة نتائج التجربة وحدودها. وكان أحد القيود هو أن التجربة كانت غير فعالة بشكل عام، سواء من حيث الإنتاج أو من حيث التقاط الجسيمات. كما تم تحديد القياس مسبقًا في ضوء حقيقة أن المرشحات موضوعة بزوايا ثابتة. أي أنه في هذه التجربة كانت هناك عدة ثغرات تقنية، عندما يمكن للراصد أن يشك في النتائج: هل من الممكن أن نظام القياس نفسه، بطريقة ما، اختار جسيمات كان لها في السابق ارتباط قوي، ولم يقيس غيرها؟ إذا كان الأمر كذلك، فلا يزال بإمكان الجسيمات تخزين المعلومات المخفية بداخلها. وكانت إزالة هذه الثغرات تحديدًا أمرًا صعبًا، نظرًا لحقيقة أن الحالات الكمومية المتشابكة غير مستقرة ويصعب التحكم فيها؛ من الضروري التعامل مع الفوتونات الفردية. ولم يكن الطالب الفرنسي في المجموعة البحثية آلان أسبي خائفا من ذلك، وقام ببناء نسخة جديدة من نظام القياس مع إدخال التغييرات والتحسينات. وكجزء من تجربته، تمكن من قياس الفوتونات التي مرت عبر المرشح والفوتونات التي لم تمر عبره. وهذا يعني أنه تم قياس المزيد من الفوتونات وأن القياس نفسه كان أكثر دقة.

وفي أحدث إصدار من نظام القياس، يمكنه أيضًا توجيه الفوتونات نحو مرشحين موضوعين بزوايا مختلفة. وكانت الفكرة المبتكرة هي القدرة على تغيير اتجاه حركة الفوتونات المتشابكة بعد إنتاجها وانبعاثها من المصدر. تم وضع المرشحات على مسافة ستة أمتار من بعضها البعض، بحيث يجب أن تتم خطوة تغيير الاتجاهات خلال بضعة أجزاء من المليار من الثانية. إذا كانت المعلومات المتعلقة بهوية الفلتر الذي سيصل إليه الفوتون قد تم تحديدها بالفعل في لحظة خروج الفوتون من المصدر، ففي هذا النظام لن يصل هذا الفوتون إلى هذا الفلتر. بالإضافة إلى ذلك، فإن المعلومات المتعلقة بالمرشح من أحد الجانبين لا يمكن أن تصل إلى الجانب الآخر وتؤثر على نتائج القياس هناك. وبهذه الطريقة، أغلق ألين ثغرة إلزامية وقدم نتيجة واضحة تمامًا: ميكانيكا الكم صحيحة ولا توجد متغيرات مخفية.  

عصر المعلومات الكمومية

وضعت هذه التجارب وما شابهها الأسس للبحث النشط اليوم في المجال العلمي للمعلومات الكمومية. إن القدرة على التحكم في الحالات الكمومية وتغييرها، وبالتالي تغيير خصائصها، تتيح لنا الوصول إلى أدوات ذات قدرات غير عادية. وهذا هو الأساس للحوسبة الكمومية ونقل وتخزين المعلومات الكمومية وكذلك تطوير خوارزميات التشفير الكمي. تُستخدم اليوم الأنظمة التي تحتوي على أكثر من جسيمين، وجميعها متشابكة، وهي نفس الأنظمة التي كان أنطون زيلينجر وزملاؤه أول من قام بدراستها.