به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشی تازه از دانشگاه آکسفورد پرده از یک تناقض شگفتانگیز در فیزیک کوانتومی برداشته است: در مقیاسهای کوانتومی، هزینه اصلی زمانسنجی نه صرف تولید «تیکهای زمان»، بلکه صرف مشاهده و اندازهگیری آنها میشود. این مطالعه که ۱۴ نوامبر در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده، نشان میدهد فرایند اندازهگیری خود عامل اصلی تولید آنتروپی و شکلگیری جهت رو به جلوی زمان است.
در ساعتهای کلاسیک، از آونگهای قدیمی تا ساعتهای اتمی، گذر زمان با فرایندهای برگشتناپذیر همراه است، اما در جهان کوانتومی، این برگشتناپذیری بسیار ضعیف میشود و همین موضوع طراحی ساعتهای دقیق و کممصرف کوانتومی را به یک چالش اساسی تبدیل کرده است؛ چالشی که بهطورمستقیم به آینده حسگرهای کوانتومی، سامانههای ناوبری و پردازش اطلاعات مربوط میشود.
برای بررسی هزینه واقعی زمانسنجی، پژوهشگران یک «ساعت کوانتومی مینیاتوری» ساختند که بر پایه پرش یک الکترون منفرد میان دو ناحیه نانومقیاس، موسوم به «دابل کوانتوم دات»، کار میکند. هر پرش الکترون معادل یک تیک ساعت در نظر گرفته شد. سپس این تیکها با دو روش متفاوت آشکارسازی شدند: اندازهگیری جریانهای الکتریکی بسیار ضعیف و آشکارسازی تغییرات سیستم با امواج رادیویی.
نتیجه شگفتآور بود. محاسبات نشان داد انرژی تلفشده در فرایند اندازهگیری و تبدیل رویدادهای کوانتومی به اطلاعات کلاسیک، میتواند تا یک میلیارد برابر بیشتر از انرژی مصرفی خود سازوکار ساعت باشد. این یافته باور رایج در فیزیک کوانتومی را که هزینه اندازهگیری را ناچیز میدانست، به چالش میکشد، به بیان دیگر این «مشاهده» است که برگشتناپذیری را تحمیل میکند و باعث میشود زمان تنها در یک جهت جریان داشته باشد. از نگاه پژوهشگران، این کشف پیامدهای عمیقی فراتر از ساعتهای کوانتومی دارد و پیوندی مستقیم میان فیزیک انرژی و علم اطلاعات برقرار میکند.
محققان تأکید میکنند که بهبود ساعتهای کوانتومی آینده با پیچیدهتر کردن اجزای کوانتومی بهدست نمیآید، بلکه به طراحی روشهای اندازهگیری کارآمدتر وابسته است؛ روشهایی که بتوانند با حداقل اتلاف انرژی، بیشترین اطلاعات را استخراج کنند. این رویکرد میتواند راه را برای ساخت دستگاههای خودکار نانومقیاس هموار کند؛ سامانههایی که مانند طبیعت، محاسبه و زمانسنجی را با بهرهوری بیسابقه انجام میدهند.
نظر شما