مجلة أقلام مرحبا بك في مجلة أقلام , هنا ستجد آخر المقالات والأخبار
يعتبر التشابك الكمي ظاهرة معقدة في الفيزياء توصف عادة بشكل سيء بأنها رابط غير مرئي بين الأجسام الكمومية البعيدة التي تسمح لأحدها بالتأثير على الآخر على الفور. اشتهر ألبرت أينشتاين برفض فكرة التشابك هذه ووصفها بأنها “عمل مخيف عن بعد”. في الواقع ، يُفهم التشابك بشكل أفضل على أنه معلومات ، لكن من المسلم به أن هذا لطيف. في الوقت الحاضر ، كل مقال إخباري ، وشرح ، ومقالة رأي ، وتفسير فني للتشابك الكمي ، يساوي هذه الظاهرة بخوف أينشتاين. لقد ساء الوضع فقط مع جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022الذهاب إلى Alain Aspect و John F. Clauser و Anton Zeilinger لإجراء تجارب التشابك الكمومي. لكن حان الوقت للتخلص من هذه الصفة. وصف التشابك بأنه عصبي يحرف تمامًا كيف يعمل بالفعل ويعيق قدرتنا على فهمه.
في عام 1935 ، صاغ الفيزيائي إروين شرودنغر مصطلح التشابك ، مشددًا على أنه “لم يكن سمة مميزة لميكانيكا الكم ، بل بالأحرى السمة المميزة لميكانيكا الكم ، التي تفرض خروجها بالكامل عن خطوط الفكر الكلاسيكية”. كان يكتب ردًا على مقالة شهيرة (عُرفت ببساطة للفيزيائيين باسم حجة EPR ) لأينشتاين وبوريس بودولسكي وناثان روزين ، والتي ادعت أن فيزياء الكم غير مكتملة. كتب عنوان نيويورك تايمز ، “أينشتاين يهاجم نظرية الكم” ، والتي عززت التصور السائد بأن أينشتاين يكره فيزياء الكم .
تتعلق حجة EPR بالفكرة اليومية للواقع كمجموعة من الأشياء في العالم ذات الخصائص الفيزيائية التي تنتظر الكشف عنها من خلال القياس. هذه هي الطريقة التي يفهم بها معظمنا الواقع بشكل حدسي. تتناسب نظرية النسبية لأينشتاين مع هذا الفهم ، وتقول إن الواقع يجب أن يكون محليًا ،بمعنى أنه لا شيء يمكن أن يؤثر على أي شيء آخر أسرع من سرعة الضوء. لكن EPR أظهر أن فيزياء الكم لا تتوافق مع هذه الأفكار – ولا يمكنها تفسير نظرية الواقع المحلي. بعبارة أخرى ، كانت فيزياء الكم تفتقد شيئًا ما. لإكمال فيزياء الكم ، اقترح أينشتاين على العلماء أن يبحثوا عن نظرية “أعمق” للواقع المحلي. رد العديد من الفيزيائيين دفاعًا عن نظرية الكم ، لكن الأمر ظل دون حل حتى عام 1964 عندما اقترح الفيزيائي جون س. بيل تجربة يمكن أن تستبعد وجود واقع محلي. كان كلوزر أول من أجرى الاختبار ، والذي تم تحسينه وإتقانه لاحقًا بواسطة Aspect و Zeilinger.
يخبرنا مقال نموذجي عن التشابك أنه ينشأ عندما تتفاعل الجسيمات لإنشاء “رابط” ، والذي يستمر بغض النظر عن مدى تباعد تلك الجسيمات . علاوة على ذلك ، فإن الإجراءات المتخذة على أحد الجسيمات تؤثر فورًا على الآخر ، أو هكذا قيل لنا. لكن – وهذا هو الشيء الذي يخطئ حتى العديد من الخبراء – فيزياء الكم لا تقول ذلك. فيزياء الكم لا تقول شيئًا عن العالم .بدلاً من ذلك ، تصف فيزياء الكم فقط التجارب التي نقوم بها لاختبار نظرياتنا عن كيفية عمل العالم – فهي تعطينا احتمالات للنتائج التي قد تحدث في التجربة. إن الإكراه على تفسير مفاهيم فيزياء الكم على أنها وصفات للواقع المادي مشتق من الطريقة المؤسفة التي نُدرس بها الفيزياء تقليديًا.
أقوم بتدريس الفيزياء الكمومية لطلاب علوم الكمبيوتر في السنة الثانية في جامعة التكنولوجيا في سيدني. في كل خريف ، أعطي المراهقين معرفة عملية بالتشابك الكمومي دون إخبارهم بأنه أمر مخيف من خلال توجيههم خلال عملية هندسة الظواهر الكمية لأنفسهم. قال طالب سابق إنهم فهموا تقرير جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 لأن لدي طلابًا يبرمجون أجهزة الكمبيوتر الكمومية لإنتاج التشابك. أخبرني طالب سابق آخر أنهم كانوا يواجهون مشكلة في معرفة المكان الذي من المفترض أن يكون فيه الخوف الغامض. اقترحت أنهم ربما لا يحتاجون إلى البحث عن شيء لن يجدهوا.
عادةً ما يبدأ مدرس الفيزياء محاضرة عن التشابك مع أينشتاين ، ويقدم مفاهيم مثل الواقعية المحلية وينتهي بالضرورة باستدعاء الإرادة الحرة للمُجرب. لكن ليس من الضروري أن تكون الأمور على هذا النحو. من الأسهل بكثير فهم كيفية عمل فيزياء الكم ، وكيف تنحرف عن العالم الكلاسيكي ، من منظور المعلومات ، وليس من منظور الفيزياء. لنفكر في مثال.
تخيل أن شخصين ، أليس وبوب ، متورطون في جريمة ويتم استجوابهم في غرف منفصلة دون أي وسيلة للتواصل. يتم طرح سؤال من سؤالين محتملين على كل منهم. يجب أن يدعموا قصة بعضهم البعض ليتم إطلاق سراحهم. لكن هناك مشكلة: تحتوي الأسئلة على فخ بحيث إذا تم طرح السؤال الثاني عليهما ، فيجب أن يعطيا العكسالإجابات. تعرف أليس وبوب كل هذا قبل التوجه إلى غرفهما للاستجواب. لذلك ، يفعلون الشيء الواضح ويبتكرون إستراتيجية بحيث يتم ربط إجاباتهم بالطريقة الصحيحة فقط. ومع ذلك ، سرعان ما يتضح أنه لا توجد استراتيجية ممكنة يمكنها إطلاق سراحهم لأنهم لن يعرفوا السؤال الذي طرحه المحقق الآخر. أفضل ما يمكن أن يفعله أليس وبوب هو الإجابة بشكل صحيح بنسبة 75 في المائة من الوقت ، من خلال إعطاء نفس الإجابة لكل سؤال ، وتقبل أنهما سيفشلان في إحدى الحالات الأربع.
حتى الآن ، استخدم أليس وبوب المعلومات الكلاسيكية فقط. لكن من خلال تبادل المعلومات الكمومية ، فإنهم ينجحون باحتمالية أعلى من 75٪. يفعلون ذلك من خلال ابتكار استراتيجية باستخدام رياضيات المعلومات الكمومية بدلاً من المعلومات التقليدية. حدس الحليتطلب بعض الإلمام بالجبر الخطي ، لذلك لن أفصله هنا. لكن الحقيقة أن المعلومات الكمية التي يتشاركونها تتطلب ارتباطات ، مما يعني أنها متشابكة. يبدو هذا مخيفًا للمحققين لأنهم يفكرون فقط بالمعلومات التقليدية. لكنها ليست مخيفة. في أي نظرية للمعلومات ، تكون الارتباطات في كل مكان. من خلال عدسة المعلومات الكمومية ، فإن التشابك ليس غريبًا أو نادرًا ، بل متوقعًا. يوضح منظور المعلومات بشكل جميل المشكلة الأساسية في المطالبة بوصف كلاسيكي لظواهر الكم: إنها لغة خاطئة. كان الحائزون على جائزة نوبل أول من أظهر هذا على أنه حقيقة عن الطبيعة. اليوم ، يمكنك أن تحذو حذوهم من خلالخلق التشابك ومعالجة المعلومات الكمومية المترابطة على كمبيوتر كمي حقيقي .
أراد أينشتاين تحديد كل الطبيعة من خلال وصف كلاسيكي بسيط ومضغوط. لكننا نعلم الآن أن المعلومات الكمومية توفر أدق وصف للطبيعة ، وهي مكتوبة بلغة لا نتحدثها. قبول هذا يحررنا من حدود الفيزياء التقليدية ويجعل تدريسها أكثر طبيعية من خلال تسهيل التعلم النشط. يضيء منظور المعلومات الكمومية بعضًا من أكثر الأسئلة عمقًا في الفيزياء. على سبيل المثال ، المعلومات الكمومية هي المفتاح لفهم لغز الثقوب السوداء وربما الكون بأسره . كما يقودنا إلى تقنيات كمومية جديدة تقوم بترميز ومعالجة المعلومات الكمومية بسرعة وتلقائية.
في النصف الثاني من القرن العشرين ، غيرت أجهزة الكمبيوتر بسرعة كل جانب من جوانب المجتمع ، وغيرت فهمنا للكون وأنفسنا. كنا نظن أنها الأداة النهائية لهذا الغرض ، لكننا كنا مخطئين. يعتقد العلماء الآن أن الآلة النهائية هي كمبيوتر كمي ، ولم ندرك بعد إمكاناته الكاملة. إن تحديد متى ستصبح الحواسيب الكمومية في كل مكان وما هي المشاكل التي ستحلها هو تمرين في التحديق البلوري. ومع ذلك ، فنحن نعلم بالفعل أن بإمكانهم حل قائمة صغيرة من المشكلات مثل تحليل الأرقام أو البحث في قواعد البيانات أو محاكاة التفاعلات الكيميائية. إذا كانت لديك مثل هذه المشكلة ، فقد تكون في السوق لشراء كمبيوتر كمي. ستحبه؛ من ناحية أخرى ، كان أينشتاين يكرهها.
