الدكتور ديان غير راضٍ عن القدرة على إطلاق فوتون يضرب الذرة بطريقة معينة ومتسقة. كما أنه يريد التحكم في النتائج المحتملة للقاء: انحراف الفوتون عن مساره، وامتصاص الذرة للفوتون، وإثارة الذرة، وما إلى ذلك.
إن الله لا يلعب النرد مع العالم"
- هكذا رد ألبرت أينشتاين على مبدأ العشوائية الذي يشكل أساس نظرية الكم. يسمح هذا المبدأ بالتنسيق الفوري والكامل بين الأحداث العشوائية التي تحدث في نفس الوقت، حتى على مسافة كبيرة من بعضها البعض - مثل، على سبيل المثال، رمي حجري نرد على مسافة سنوات ضوئية ويسقطان دائمًا على نفس الأرقام. حدسيًا (على الأقل هذا ما شعر به أينشتاين)، هذه الظاهرة مستحيلة. لكن من الناحية العملية، لوحظت في السنوات الأخيرة أنظمة عشوائية تعمل بتنسيق كامل في العديد من المختبرات حول العالم، وكانت تسمى "الأنظمة المتشابكة".
لقد جذب سحر الأنظمة المتشابكة و"الافتقار إلى المنطق" انتباه الدكتور باراك ديان، الذي انضم مؤخراً إلى قسم الفيزياء الكيميائية في معهد وايزمان للعلوم. هذه الأنظمة هي أساس البصريات الكمومية، والتي قد تساعد في تطوير بناء أجهزة كمبيوتر كمومية قوية. تتيح الأنظمة المتداخلة إمكانية إجراء عمليات حسابية متزامنة، أي اختبار عدة حلول في نفس الوقت، من خلال عملية حسابية تتم وفق قوانين رياضية جديدة، لا وجود لها خارج الأنظمة المتداخلة. مثل هذا الحساب الموازي يمكن، على سبيل المثال، أن يتيح فك رموز الأصفار المستخدمة اليوم، والتي تعتمد على منتج الأعداد الأولية الكبيرة جدًا (إن تنفيذ هذه المهمة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الموجودة اليوم غير عملي لأنه سيستغرق وقتًا يتجاوز بكثير المدة من حياة الإنسان). يشبه هذا الحساب الكمي مشكلة مسح عدد كبير من الحقائب بحثًا عن قنبلة. في الوضع العادي، يجب فحص الأمتعة واحدة تلو الأخرى، وهي عملية قد تستغرق وقتًا طويلاً. ومن ناحية أخرى، فإن التعامل مع الحقائب كأنظمة متشابكة يجعل من الممكن التحقق من جزء صغير منها فقط، مع الاستمرار في الحصول على معلومات عنها جميعًا - وبالتالي تحديد مكان دفن القنبلة بسرعة وبشكل مؤكد. إن القيد الرئيسي على استخدام الأنظمة المتشابكة لإجراء العمليات الحسابية السريعة هو القاعدة المعروفة في نظرية الكم، والتي بموجبها يؤثر القياس - أو الملاحظة - على النتيجة. ولهذا السبب، أثناء عملية الحساب بأكملها، يُحظر "إلقاء نظرة خاطفة" على النظام. ومن الناحية العملية فإن معنى الأمر هو وجوب عزل النظام، ومنع أي انبعاث للمعلومات (ضوء، جزيئات وغيرها) خارج النظام، ومنع التفاعلات الكهربائية أو غيرها بين أجزائه. يجب السيطرة عليها بالكامل. مثل هذه الظروف ممكنة اليوم فقط في أنظمة صغيرة وبسيطة جدًا، تتكون من ذرات وفوتونات مفردة. "الفكرة هي أن الذرة هي "الكمبيوتر"، وأن الفوتون ينقل المعلومات الكمومية منها وإليها - أي أنها تعمل كمدخلات ومخرجات. يقول الدكتور دايان: "إن الطبيعة البسيطة للنظام تمنع التسرب غير المرغوب فيه للمعلومات". ومن أجل بناء مثل هذه الأنظمة واستخدامها، وفهم العلاقة بين الذرات والفوتونات بعمق، يجب على المرء تحقيق السيطرة الكاملة على العلاقات المتبادلة بينهما. - أي جمع الذرة الواحدة مع فوتون واحد. هذه مهمة صعبة: الفوتون جسيم ضعيف جدًا، ولملاحظة ذلك تحتاج إلى كاشف كبير (أو عين حساسة بشكل خاص، مثل عيون البوم أو القطط). إذا لم يكن هذا كافيا، فإن الذرة التي يجب أن ينطلق إليها الفوتون، هي هدف صغير للغاية. الدكتور ديان غير راضٍ عن القدرة على إطلاق فوتون يضرب الذرة بطريقة معينة ومتسقة. كما أنه يريد التحكم في النتائج المحتملة لهذا اللقاء: انحراف الفوتون عن مساره، وامتصاص الذرة للفوتون، وإثارة الذرة، وما شابه ذلك. ولهذا الغرض، يستخدم تقنيات فريدة ومبتكرة، شارك هو نفسه في تطويرها في السنوات الأخيرة: تتحكم أشعة الليزر والمجالات المغناطيسية في موضع الذرات الفردية، مما يجعلها في اتصال طويل الأمد مع الفوتونات المحتجزة في رنانات صغيرة، كما هو منشور في المجلة العلمية طبيعة. وتتكون هذه الرنانات، التي تم تطويرها في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك)، من حلقات تشبه الألياف الضوئية، ولا يتجاوز قطرها 30 ميكرون (ثلث سمك شعرة الإنسان). داخل هذه الحلقات تتحرك الفوتونات. الاتجاه الآخر الذي تم بحثه في مختبر الدكتور ديان هو اللقاءات والتفاعلات بين الفوتونات بوساطة الذرة. وهذا تحدٍ أكثر تعقيدًا، نظرًا لأن الفوتونات لا تميل إلى "التحدث" مع بعضها البعض. في بحث ما بعد الدكتوراه، أنشأ الدكتور دايان "بابًا دوارًا" للفوتونات في الرنان. قد تصل الفوتونات إلى الرنان كأفراد أو في أزواج أو ثلاثة توائم، ولكنها تتركها دائمًا منفردة، واحدًا تلو الآخر.
يعد هذا العمل، الذي نُشر في المجلة العلمية Science، أحد الأمثلة القليلة الموجودة حتى يومنا هذا للتفاعلات بين الفوتونات. إن فهم هذه العلاقات المتبادلة قد يساعد في تطوير طرق لتحسين نقل المعلومات في أنظمة الاتصالات، ويقول الدكتور ديان: "إن عالم الاتصالات اليوم يعتمد على نقل المعلومات من خلال الضوء، في الألياف الضوئية، ومع ذلك، هناك اليوم حاجة إلى المعدات الإلكترونية المتقدمة التي تنظم حركة المرور (على سبيل المثال، للسماح للمعلومات الواردة من مكان آخر بالانضمام إلى مسار المعلومات الموجودة). من خلال إنشاء تبديل يعتمد على البصريات، ستكون الفوتونات المتحركة في الألياف الضوئية قادرة على إرسال إشارة إلى الفوتونات المنضمة "انتظر لحظة، نحن نمر"." يمكن أيضًا أن تكون العلاقات المتبادلة بين الفوتونات بمثابة أساس لتطوير البوابات المنطقية للحوسبة الكمومية. "طموحي هو أننا سنكون قادرين على التحكم في الفوتونات بالطريقة التي نعرف بها كيفية التحكم في الإلكترونات اليوم. ومثل هذه القدرة ستجعل من الممكن نقل مجال الاتصالات والحوسبة من عالم اليوم الكلاسيكي إلى عالم الكم، مع كل الإمكانيات الكامنة في ذلك.
شخصي
ولد باراك ديان في تل أبيب عام 1970، وخدم في جيش الدفاع الإسرائيلي ضمن برنامج "تلفيوت".
وفي عام 1992 أنهى دراسته الجامعية في الفيزياء والرياضيات، وفي عام 1999 حصل على درجة الماجستير في الفيزياء – وكلاهما من الجامعة العبرية في القدس. بعد خدمته في جهاز الدفاع، واصل دراسة الدكتوراه في الفيزياء في مختبر البروفيسور يارون زيلبربيرج في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم.
وفي هذا الإطار شارك في إنشاء معمل جديد في مجال بصريات الكم. قدمت إحدى تجاربه في أطروحته للدكتوراه واحدة من أولى العروض التوضيحية للتفاعلات بين أزواج الفوتونات المتشابكة، موضحة أنها في الحالة المتشابكة تخضع لقوانين رياضية مختلفة عن تلك التي تصف الأنظمة العادية. بعد بحث ما بعد الدكتوراه في مختبر بصريات الكم، بتوجيه من البروفيسور جيف كيمبال من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك)، عاد ديان إلى إسرائيل، وفي عام 2008 انضم إلى هيئة التدريس في قسم الفيزياء الكيميائية كباحث أول. شارك أثناء دراسته في المعهد في إعداد وتوجيه الدورات للمراهقين. يوجه اهتمامه بتعليم العلوم بشكل رئيسي نحو ولديه تمار، ثماني سنوات، وعوديد، ثلاث سنوات، ويحب قضاء معظم أوقات فراغه بصحبتهما.
تعليقات 6
هل الكتابة هنا تكلف مالاً؟
والله فهمت كل شيء حتى قررتي النسج.
ما العبرية ليست كلمة صعبة على أي حال؟
من المؤسف قليلاً بالنسبة للمهاجرين القدامى الذين يحاولون القراءة من اليمين إلى اليسار (أو من الأعلى إلى الأسفل... بعد التشابك، لا يكون للاتجاهات أي معنى...)
القياس ظاهرة مختلفة قليلاً عن التفاعلات مع الجسيمات الأولية. القياس هو نظام (صحيح، لا يزال يتكون من تفاعلات مع الجسيمات الأولية، ولكن الكثير منها) يربط العالم المجهري (الكمي) بالعالم العياني ويزيده. بطبيعتها، تؤدي العيانية إلى انخفاض (بعدة مراتب من حيث الحجم) في مستوى التشابك.
تؤدي تفاعلات الجسيمات الأولية أيضًا إلى انخفاض مستوى التشابك عند توفر وقت/مساحة كافية. للحفاظ على التشابك، عليك بناء جميع أنواع الأنظمة الغريبة، مع درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، وما إلى ذلك.
إن عملية التفاعل بين الجسيمات الأولية هي ظاهرة ثابتة. لا يوجد شيء خاص يميز عملية القياس. لذلك من الصعب بالنسبة لي أن أرى كيف يفسر أي شيء.
نقطة:
نعم بالطبع. الوقت والقياس يجعلان النظام المتشابك غير متشابك. إن درجة التشابك هي ظاهرة كمية، على الرغم من أنه لا يتم التعامل معها عادة على هذا النحو. ففي النظام الفيزيائي، بطبيعة الحال، تتناقص درجة التشابك بين جسيمين بشكل كبير في الزمان والمكان.
وما يمنعنا من القول بأن الكون كله في حالة متشابكة منذ لحظة الانفجار الأعظم. ما الذي يجعل الأشياء تتوقف عن التشابك؟ الزمن؟ قياس؟ لا يبدو لي أن هذه الأمور كافية لتغيير الحالة الأساسية للجسيمات.
أي أنه من الممكن أن يكون المكعب الذي يلعب به الله هو مكعب يخضع للقوانين التي وضعها.