لقد أثبت علماء معهد وايزمان وجود جسيمات محايدة تحمل الطاقة. المعنى: خطوة أخرى على طريق إثبات جدوى الكمبيوتر الكمي
ولا يتم تجاوز الخط الفاصل بين الخيال والعلم إلا عندما يتم اختبار الأفكار وإثباتها بالتجارب، وبالتالي ترتفع مرتبتها، وتصبح المفهوم العلمي المقبول في مجالاتها. وهكذا، وبمساعدة علماء معهد وايزمان للعلوم، تم عبور هذه الحدود في الماضي بواسطة "جسيمات محاكاة". والآن نجح البروفيسور موتي هايبلوم وشركاؤه البحثيون من قسم فيزياء المواد المكثفة في المعهد، ولأول مرة في العالم، في إثبات وجود تيارات طاقة تحملها جسيمات تفتقر إلى الشحنة الكهربائية. يعد هذا الدليل خطوة مهمة في الرحلة الطويلة لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
الخطوة الأولى: محاكاة الجسيمات
بدأ كل شيء في عام 1982، عندما اقترح الفيزيائي الأمريكي روبرت ليفلين تفسيرا لظاهرة معينة (تأثير هول الكمي الجزئي). واقترح أنه في ظل ظروف القياس، يتشكل نوع من هياكل الإلكترونات في التيار الكهربائي تعمل بمثابة "جسيمات مقلدة"، يحمل كل منها شحنة كهربائية أصغر من الشحنة "الأساسية" للإلكترون الواحد: ثلث شحنة الإلكترون، وخمسها، وسبعها، وحتى أجزاء أصغر (لا ينبغي أن يكون اسم "الجسيمات المحاكاة" مضللاً. ومن جميع النواحي العملية، تتصرف هذه الجسيمات كجسيمات حقيقية تمامًا). تم تقديم الدليل الأول على صحة نظرية ليفلين من قبل أعضاء المجموعة البحثية للبروفيسور موتي هايبلوم من قسم فيزياء المواد المكثفة في معهد وايزمان للعلوم. لعب هذا الدليل دورًا مهمًا في قرار منح روبرت ليفلين وهورست ستورمر ودانيال تسوي جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1998 (لاكتشافهم وإيجاد تفسير لتأثير هول الكمي الجزئي).
الخطوة الثانية: نوع جديد من الجسيمات المحاكية
الخطوة التالية في غزو الجسيمات الافتراضية لإدراكنا للعالم حدثت عندما أشارت التجارب التي تم فيها فحص تأثير هول الكمي الجزئي في ظروف أنقى إلى إمكانية وجود جسيمات افتراضية من نوع مختلف تمامًا: تلك التي شحنتها الكهربائية ستكون مساوية لربع شحنة الإلكترون (أي أن الشحنة الكسرية، في هذه الحالة، لها مقام زوجي - على عكس الجسيمات المحاكاة التي اقترحها ليفلين، والتي يكون مقام شحنتها الكسرية غريبًا). كما أثبت البروفيسور هايبلوم وأعضاء فريقه البحثي وجود هذه الجسيمات المحاكية، وتمكنوا من قياس شحنتها الكهربائية، والتي تعادل ربع شحنة الإلكترون.
الخطوة الثالثة: الانجذاب والرفض
بشكل عام، في النظام الذي يحدث فيه تأثير هول الكمي، يتم وضع الإلكترونات في نظام ثنائي الأبعاد (السطح)، والذي يقع تحت تأثير مجال مغناطيسي قوي. عندما تتدفق الإلكترونات في هذا النظام، فإن كل إلكترون "يطمح" إلى الاستمرار في التحرك بشكل مستقيم - لكن المجال المغناطيسي الذي يعمل على النظام يحني مساره. عندما يتوازن ميل المجال المغناطيسي مع القوى التنافرية للإلكترونات التي تتنافر مع بعضها البعض (نظرًا لأن جميعها لها شحنة كهربائية سالبة)، فإن الإلكترونات "الجديدة" المنضمة إلى النظام ستستمر في التحرك في خط مستقيم، رغم "محاولات" المجال المغناطيسي إمالة مسارها.
وبينما تتحرك الجسيمات المحاكية في اتجاه واحد، هناك حالات تضمنت فيها النظرية التي اقترحها العديد من العلماء التنبؤ بأن الجسيمات الأخرى التي تمت محاكاتها، والتي لا تحمل أي شحنة كهربائية، ولكن الطاقة فقط، ستتحرك في الاتجاه المعاكس. لقد تم هذا التوقع بالفعل في تسعينيات القرن الماضي، ولكن نظرًا لصعوبة قياس مثل هذه الجسيمات المحايدة، لم يتم إثبات وجودها حتى البحث الحالي الذي أجراه أعضاء مجموعة أبحاث البروفيسور هايبلوم.
الخطوة الرابعة: قياس الضوضاء
ولقياس وإثبات وجود الجسيمات المحاكية المحايدة، حاملات الطاقة، قام العلماء ببناء نظام تجريبي فريد من نوعه، حيث وضعوا حاجزًا كميًا شبه منفذ في مسار هذه الجسيمات. تحطمت الجسيمات المحايدة التي اصطدمت بالحاجز وتلقت شحنات كهربائية موجبة وسالبة (بتوزيع عشوائي). هذا يخلق تيارًا غير منتظم. خلقت الحركة غير المنتظمة ضوضاء كهربائية (لا يوجد تيار كهربائي متوسط). يتم قياس هذه الضوضاء الكهربائية باستخدام أجهزة قياس حساسة للغاية. وهكذا تمكن العلماء من إثبات وجود الجسيمات المحايدة المحاكية، حاملات الطاقة.
وقد قدم اكتشاف هذه الجسيمات الفريدة معلومات جديدة عن الحالة الكمومية للنظام، وفي الواقع فتح مجالًا جديدًا للبحث الذي يركز على تدفق تيارات الطاقة. على سبيل المثال، وجود تيارات طاقة في نظام يحدث فيه تأثير هول الكمي الجزئي، حيث يتم إنشاء جسيمات محاكية بشحنة تساوي ربع شحنة الإلكترون، قد يشير إلى أن النظام في حالة كمومية غير أبيلية (انظر الإطار)، مما يعني أن مثل هذا النظام قد يكون بمثابة بتة كمومية يمكن أن تعتمد عليها أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
تنشأ إمكانية الحساب هذه من حقيقة حدوث ظاهرة جديدة في مثل هذا النظام: حيث يؤدي تبادل مواقع جسيمين محاكاتين إلى نقل النظام بأكمله إلى حالة كمومية مختلفة. إن القدرة على خلق مثل هذا الاختلاف الأساسي في النظام هو ما قد يسمح لهذا النظام بالعمل كبت كمي، والذي قد يكون بمثابة أساس لتطوير الكمبيوتر الكمي.
مجموعة حزينة
ولد نيلس هنري أبيل عام 1803 في النرويج، وهو ابن كاهن فقير. لم يحصل على التقدير الذي يستحقه في حياته، وفقط بعد وفاته بمرض السل عن عمر يناهز 26 عامًا، اشتهر، من بين أمور أخرى، بتعريفه لنوع من الكدمات التي تحمل اسمه ("كدمات الحداد"). تحافظ مجموعة الحداد على التبادل المتماثل بين صفائف الضرب لأعضائها. أي: النتيجة التي سيتم الحصول عليها من ضرب AZ في AZ تساوي النتيجة التي سيتم الحصول عليها عند ضرب AZ في AZ.
تعليقات 14
مقال غير مفهوم
المقالات العلمية للبروفيسور هايبلوم.
بإذن من معهد وايزمان
http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7306/pdf/nature09277.pdf
http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7306/pdf/466572a.pdf
بداية، نظرية الكم هي إحدى النظريات العلمية التي تناسب التجارب بشكل مذهل. لقد أكدت تجارب لا حصر لها نظرية الكم ولم يتم العثور على أي تجربة لدحضها (بالطبع). عندما كتبت أنهم لم ينجحوا
لبناء حاسوب كمي حتى الآن، تحدثت عن حاسوب قادر على إجراء حسابات معقدة. يوجد اليوم في المختبرات حول العالم أجهزة كمبيوتر كمومية تحتوي على حوالي 10 بتات كمية (qubits). هذه الأنظمة قادرة على إجراء حسابات بسيطة وفقًا للخوارزميات الكمومية وهذا يعد نجاحًا كبيرًا. المشكلة، كما هو الحال في كثير من الحالات، هي زيادة حجم النظام بعدة مراتب. لقد فشلت العديد من الأفكار الجميلة لأنها لم تتمكن من إخراجها من المختبر إلى خط الإنتاج الضخم. فيما يتعلق بالكمبيوتر الكمي، الأمر ليس واضحًا لأن هذا هو السؤال حيث أنهم لم يتمكنوا بعد من إنتاجه بشكل مقنع حتى في المختبر. تعد البروفيسور دوريت أهارونوف واحدة من أبرز العلماء على مستوى العالم في مجال الحوسبة الكمومية
يدعي أن العلاج الذي تلقاه الكمبيوتر الكمي يشبه العلاج الذي تلقاه مطورو الكمبيوتر الأوائل.
لا يمكن ولن ينجح في بناء حاسوب كمي لأن نظرية الكم خاطئة من الأساس.
دانيال ،
الكمبيوتر الكمي هو آلة حاسبة تعتمد على مبادئ نظرية الكم. من الناحية النظرية، أظهروا أن مثل هذا الكمبيوتر يمكن أن يزيد سرعة الحساب عشرات المرات لبعض المشكلات، ولا سيما المشكلة المعقدة المتمثلة في تحليل الرقم إلى عوامله الأولية (يشكل تعقيد هذه المشكلة الأساس لطرق التشفير الشائعة). من حيث هيكله، سيتكون الكمبيوتر الكمي من البتات الكمومية (qubits)، بينما يمكن أن يكون للمذنب في الكمبيوتر العادي القيم 0 أو 1، وهي تمثيل الحالات الفسيولوجية: على سبيل المثال، تيار في اتجاه عقارب الساعة في يمكن أن تمثل الدائرة الحالية القيمة 0 والتيار في الاتجاه الآخر القيمة 1. في الكمبيوتر الكمي، يمكن للبت الكمي أن يجد في كل تراكب (تطبيعه) لتوضيح التركيبة المتزامنة في حلقة من تيار في اتجاه عقارب الساعة و تيار عكسي لكل منها شدة مختلفة.
في الوقت الحالي، يعد الكمبيوتر الكمي مجرد رؤية لأنه على الرغم من استثمار العديد من الجهود في محاولة بناء نظام مادي يمثله، إلا أن الجهود المبذولة حتى الآن قد باءت بالفشل. سبب صعوبة إنتاج حاسوب كمي في المختبر هو حساسيته للضوضاء الناتجة عن التفاعل مع البيئة.
وفيما يتعلق بـ "الجسيمات الجديدة" فلا علاقة لها بالمادة المظلمة أو الطاقة المظلمة، الأمر كله يتعلق بالإثارة الجماعية التي تحدث في الأنظمة التي يكون فيها التفاعل بين الإلكترونات قويا ولا يمكن إهماله. وبهذا المعنى فهي ليست جسيمات حقيقية. في مثل هذه الأنظمة، غالبًا ما تتصرف الإثارات الجماعية مثل الجسيمات غير المتفاعلة أو ضعيفة التفاعل.
ومن الناحية المالية، يبدو لي أن هذا اكتشاف مهم، ولكني لا أفهم سبب التركيز في نهاية المقال على تطبيقاته المحتملة وليس على أهمية الاكتشاف نفسه.
تفاصيل التجربة غير واضحة من المقال رغم أهميتها.
لماذا لا يوجد رابط؟
الشحنات السلبية تتحرك للأعلى. يتم تطبيق المجال المغناطيسي إلى الداخل في الصفحة. تعمل قوة لورنتز على شحنة إلى اليسار. تبدأ الشحنات بالتراكم على الجانب الأيسر (لا تتراكم بمعنى أنها تستقر هناك، بل يصبح مسارها ملتويا وبدلا من أن تسير بشكل مستقيم تميل إلى اليسار، بحيث تمر شحنات أكثر على الجانب الأيسر مما في الأوسط أو على الجانب الأيمن)، يتم إنشاء شحنة سالبة على الجانب الأيسر (وإيجابية على اليمين)، على شحنة جديدة تدخل الوسط في الوسط تعمل قوتان متعارضتان - إلى اليسار لورنتز، إلى اليمين رفض الشحنات السالبة التي تراكمت على الجانب الأيسر والتي توازن بعضها البعض.
ومع ذلك، كيف يلغي التنافر الكهربائي قوة لورنتز؟
العالم: لقد فاتتك قوة لورنتز (قوة تؤثر على شحنة في مجال مغناطيسي عمودي على اتجاه تقدمها واتجاه المجال المغناطيسي) - (F=q(vx B
ما هو الكمبيوتر الكمي؟
جاء في المقال "الخطوة الثالثة": ستستمر الإلكترونات "الجديدة" المنضمة إلى النظام في التحرك في خط مستقيم، على الرغم من "محاولات" المجال المغناطيسي لإمالة مسارها.
تكشف تلك الإلكترونات عن طبيعة ذلك السوليتون الذي لا أستطيع أن أتذكر اسمه الذي تم اكتشافه منذ بضعة أشهر وكُتب عنه هنا على الأرض. -موقع.
وعلى أية حال، فإن هذه الجسيمات لا تستجيب للجاذبية وبالتالي يجب أن تكون جسيمات طاقة مظلمة.
لا أفهم، من المفترض أن يبذل المجال المغناطيسي قوة في اتجاه مختلف للإلكترونات في حالة دوران مختلفة. تؤثر قوة التنافر الكهربائية على كل إلكترون ولا تغير حالة دورانه. سؤالي هو كيف يمكن لهذه القوى أن تلغي بعضها البعض؟ ربما فاتني شيء؟
لا أفهم، من المفترض أن يبذل المجال المغناطيسي قوة في اتجاه مختلف للإلكترونات في حالة دوران مختلفة. تؤثر قوة التنافر الكهربائية على كل إلكترون ولا تغير حالة دورانه. سؤالي هو كيف يمكن لهذه القوى أن تلغي بعضها البعض؟