وتمكن الباحثون من ملاحظة الحالة الكمومية المتشابكة بشكل مباشر لبرميلين ميكانيكيين، كل منهما بحجم قريب من قطر شعرة الإنسان.
يعد التشابك الكمي أحد أكثر الظواهر الرائعة في ميكانيكا الكم. وفي حالة حدوث هذه الظاهرة، يمكن لجسمين منفصلين عن بعضهما البعض أن يعبرا عن ارتباط قوي حتى بدون تبادل المعلومات بينهما. عند استخدامه بشكل صحيح، يمكن أن يكون التشابك الكمي مفيدًا لبروتوكولات الاتصال المبتكرة، لإنتاج أرقام عشوائية تم التحقق منها، وفي النهاية، لما يتمناه الجميع - إنشاء كمبيوتر كمي. ولكي يكون التشابك الكمي مفيدًا، يجب قياس التوقيع التجريبي الصحيح الذي يشير إلى أن الأجسام متشابكة. ولكن هنا تتدخل أنواع مختلفة من عمليات الضوضاء، في حين لا يتبقى للباحثين سوى هذا الأمر تلميحات باهتة حول التشابك - "الظل" الذي لا يمكننا أن نستنتج منه إلا بأثر رجعي أنه ربما كان هناك نوع من عملية التشابك. علاوة على ذلك، تصبح المهمة أكثر صعوبة حيث أن الأجسام المتشابكة أكبر. تميل هذه إلى تضمين معظم عمليات الضوضاء، وفي الوقت نفسه تكون دقة القياس المطلوبة لها أكبر من تلك المطلوبة للأجسام الصغيرة. ليس من قبيل الصدفة أن معظم النجاحات في إنتاج وقياس التشابك الكمي تقتصر على الذرات والجزيئات المفردة.
الورقة البحثية الجديدة، التي نشرت هذا الأسبوع (الخميس) في المجلة العلمية المرموقة Science، أجراها الدكتور شلومي كوتلر، من قسم الفيزياء التطبيقية في الجامعة العبرية، في المعهد الوطني (الأمريكي) للمعايير والتكنولوجيا، جنبًا إلى جنب مع مجموعة البحث الخاصة بفوتونيات الموجات الدقيقة المتقدمة بقيادة جي فان توبول ومجموعة نظرية الحساب والاتصالات بقيادة إيمانويل كينيل وسكوت جلانسي. وتمكن الباحثون من ملاحظة الحالة الكمومية المتشابكة بشكل مباشر لبرميلين ميكانيكيين، كل منهما بحجم قريب من قطر شعرة الإنسان.
الطبول الميكانيكية هي وحدات ذاكرة كمومية تعتمد على عناصر ميكانيكية صغيرة. كل أسطوانة مصنوعة من الألومنيوم فائق التوصيل، والذي يشبه الترامبولين الصغير المدمج داخل شريحة الميكروويف، ويتم إنتاجه في عمليات مشابهة لطريقة إنتاج رقائق الكمبيوتر العادية. تفردهم هو أنهم يقومون بتخزين المعلومات بطريقة غير كهربائية. وعلى النقيض من الذاكرة العادية لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، يتم هنا تشفير المعلومات في الاهتزازات الصغيرة للحركة الميكانيكية للطبول.
وطوّر الباحثون تقنية لإنتاج أنماط متشابكة في نفس الأسطوانات الميكانيكية حسب الطلب، بالإضافة إلى تقنية قياس مبتكرة. وباستخدام تقنية القياس المعتادة، تمكنوا حتى الآن من قياس الضوضاء التي لا تتعلق بالطبول نفسها بشكل أساسي. أخفى هذا الضجيج معظم المعلومات، ولا يمكن تحديد ما إذا كان التشابك موجودًا إلا بأثر رجعي. وفي التقنية الجديدة المنشورة في بحث الدكتور كوتلر، من خلال إضاءة الطبول بموجات ميكروويف مصممة خصيصًا للمشكلة، تمت ملاحظة التشابك الكمي فوق ظلال الضوضاء التي كانت تحجبه ذات يوم. قام الباحثون بتكييف أساليب الموجات الدقيقة من التكنولوجيا الخلوية المتقدمة، والتي غالبا ما تستخدم في صناعة الهواتف الذكية، لقياس الطبول الكمومية.
كانت مرحلة إجراء البحث رائعة. وصمم الباحثون شريحة إلكترونية تشبه إلى حد كبير الرقائق الموجودة في الأجهزة الخلوية، إلا أنه بالإضافة إلى الدوائر الكهربائية المعتادة، قام الباحثون بدمج الطبلين الميكانيكيين الصغيرين، بحيث عندما يتحركان يحدث تغيير في التوصيل الكهربائي دائرة يمكن قياسها باستخدام الموجات الدقيقة. تشبه هذه الطريقة إلى حد كبير الطريقة التي يقوم بها ضباط الشرطة بالقبض على السائقين الذين يتجاوزون الحد الأقصى للسرعة. يستخدم الضابط الرادار لإرسال موجات الميكروويف نحو سيارة الركاب. تعود موجات الميكروويف إلى المشاهد بتردد مختلف قليلاً عن التردد الذي أرسلت به. يُسمى هذا التأثير بتأثير "دوبلر" ويمكن استخدامه لتحديد سرعة مركبة الركاب.
في هذا العمل، قام الباحثون بتسليط موجات الميكروويف على البراميل الصغيرة. وضربت هذه الموجات الطبول وارتدت عنها عند تحريك "الدوبلر"، على غرار سيارة متحركة. ومن خلال حركة "الدوبلر" أمكن تحديد حالة الطبول، واستنتاج أنها متشابكة. ولخلق التشابك، استخدم الباحثون خاصية أخرى لأفران الميكروويف. عندما تضرب هذه الموجات الأجسام الصغيرة، يمكنها تغيير حالة حركتها: دفعها أو سحبها، على غرار الطريقة التي يمكن بها لأمواج البحر أن تحرك العوامات أو السفن. وتسمى هذه الظاهرة "الضغط الإشعاعي". يسمح التصميم الدقيق لضغط إشعاع نبض الموجات الصغرية بتغيير وضع الحركة للأسطوانة ليكون متزامنًا بدرجة عالية بحيث يتم إنشاء حالة متشابكة. لذلك، باستخدام نبضات الميكروويف، كان من الممكن نسج البراميل في المرحلة الأولى من التجربة ومن ثم قياسها بنبضات أخرى، في المرحلة الثانية من التجربة. إن حقيقة إمكانية فصل مراحل التجربة سمحت بالتحسين المستقل لكل جزء. النبض المثالي لإنشاء نسج ليس بالضرورة مثاليًا لقياس النسج.
تم إجراء البحث نفسه في درجات حرارة باردة تقترب من 273 درجة مئوية تحت الصفر. عند درجات الحرارة هذه، تتوقف دوائر الموجات الدقيقة الكهربائية عن التصرف بطريقتها اليومية، وتبدأ في التصرف وفقًا لنظرية الكم. تُستخدم الدوائر المبردة من هذا النوع في الصناعة اليوم لبناء نماذج أولية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
بالنسبة للمقال العلمي:
