به گزارش خبرگزاری ایمنا، گروهی از فیزیکدانان دانشگاه آکسفورد در دستاوردی تازه، نوع جدیدی از حالت برهمنهی کوانتومی را ایجاد کردهاند؛ پدیدهای که به یکی از مشهورترین مفاهیم فیزیک مدرن یعنی «گربه شرودینگر» شباهت دارد، اما این بار با پیچیدگی و ویژگیهایی فراتر از نمونههای پیشین.
این پژوهش که میتواند کاربردهای مهمی در توسعه نسل آینده رایانههای کوانتومی و فناوریهای فوقدقیق داشته باشد، نشان میدهد دانشمندان اکنون قادرند حالتهای کوانتومی بسیار پیچیدهتری را نسبت به گذشته ایجاد و کنترل کنند.
گربه شرودینگر یکی از شناختهشدهترین آزمایشهای ذهنی در تاریخ علم است. در این سناریوی فرضی، گربهای درون جعبهای قرار دارد که تا پیش از مشاهده، بهطور همزمان هم زنده و هم مرده در نظر گرفته میشود. این مثال برای توضیح یکی از عجیبترین ویژگیهای مکانیک کوانتومی به کار میرود؛ اینکه یک سامانه میتواند بهصورت همزمان در چند حالت مختلف وجود داشته باشد.
اگرچه این آزمایش تنها یک مثال نظری است، اما دانشمندان سالهاست که در آزمایشگاهها نمونههای واقعی از چنین برهمنهیهایی را در اتمها، فوتونها و حتی حرکت ذرات ایجاد میکنند. توانایی ساخت و کنترل این حالتها، یکی از پایههای اصلی فناوریهای کوانتومی از جمله رایانههای کوانتومی و ساعتهای فوقدقیق محسوب میشود.
در رایانههای امروزی، اطلاعات به شکل صفر و یک ذخیره میشوند، اما در رایانههای کوانتومی، واحدهای اطلاعاتی موسوم به «کیوبیت» میتوانند بهطور همزمان ترکیبی از صفر و یک باشند. با این حال، پژوهشگران معتقدند جهان کوانتومی ظرفیتهایی بسیار فراتر از کیوبیتهای معمولی در اختیار دارد.
دانشمندان آکسفورد برای دستیابی به این هدف از یک یون به دامافتاده استفاده کردند. در این سامانه، حالت درونی یون نقش یک کیوبیت را ایفا میکند و حرکت آن مانند یک نوسانگر کوانتومی عمل میکند که میتواند تعداد زیادی حالت مختلف را در خود جای دهد.
آنچه این دستاورد را متمایز میکند، نحوه ساخت برهمنهیهای جدید است. در حالتهای کلاسیکتر گربه شرودینگر، برهمنهی از ترکیب دو بسته موج نسبتاً ساده شکل میگیرد. اما در پژوهش جدید، دانشمندان توانستهاند برهمنهیهایی را از اجزایی بسازند که خودشان ماهیتی کاملاً غیرکلاسیک و کوانتومی دارند.
برای ایجاد این حالتها، پژوهشگران ابتدا حالت داخلی یون را با حالتهای مختلف حرکتی آن درهمتنیده کردند و سپس با انجام یک اندازهگیری کوانتومی در میانه فرایند، حرکت یون را به حالت برهمنهی دلخواه فروپاشاندند. این روش به آنها اجازه داد ساختار حالتهای کوانتومی را با دقت بسیار بالایی طراحی و کنترل کنند.
«سباستین سانر»، نویسنده اصلی پژوهش، میگوید این روش به تیم تحقیقاتی امکان داده است تا تقریباً هر شکل دلخواهی از برهمنهی کوانتومی را ایجاد کنند. به گفته او، انعطافپذیری این فناوری بسیار بیشتر از روشهای متداول است.
پژوهشگران پس از تولید این حالتها، آنها را بهطور مستقیم بازسازی و اندازهگیری کردند. نتایج آزمایش وجود الگوهای تداخلی پیچیده و نواحی موسوم به «منفی بودن ویگنر» را نشان داد؛ ویژگیهایی که از نشانههای قطعی رفتار کاملاً کوانتومی محسوب میشوند و با قوانین فیزیک کلاسیک قابل توضیح نیستند.
اهمیت این کشف تنها به درک بهتر رفتار عجیب ذرات در مقیاس کوانتومی محدود نمیشود. پژوهشگران معتقدند این نوع حالتها میتوانند در نسل آینده رایانههای کوانتومی نقشی کلیدی ایفا کنند. بسیاری از چالشهای فعلی این رایانهها به حساسیت زیاد آنها در برابر خطاها و نویزهای محیطی مربوط میشود. حالتهای جدید ممکن است مقاومت بیشتری در برابر این خطاها داشته باشند و در نتیجه طراحی سامانههای تصحیح خطای کوانتومی را سادهتر کنند.
علاوه بر این، این فناوری میتواند در توسعه حسگرهای فوقحساس و ابزارهای اندازهگیری دقیق نیز کاربرد داشته باشد. چنین تجهیزاتی در حوزههایی مانند ناوبری، مخابرات، علوم فضایی و حتی پزشکی پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرند.
محققان آکسفورد اکنون در همکاری با فیزیکدانان نظری در حال بررسی این موضوع هستند که این حالتهای جدید تا چه اندازه «کوانتومی» هستند و چه ویژگیهای ناشناختهای میتوان از آنها استخراج کرد. به اعتقاد آنها، این دستاورد تنها آغاز راهی تازه برای کشف ظرفیتهای پنهان جهان کوانتومی است؛ جهانی که همچنان بسیاری از اسرار آن ناشناخته باقی مانده است.
نظر شما