لا يزال التشابك الكمي أحد أكثر مجالات الدراسة تحديًا للفيزيائيين الحديثين. وصف آينشتاين بأنه "عمل مخيف عن بعد" ، لطالما سعى العلماء للتوفيق بين كيف يمكن أن يتعايش هذا الجانب من ميكانيكا الكم مع الميكانيكا الكلاسيكية. بشكل أساسي ، حقيقة أنه يمكن توصيل جسيمين عبر مسافات كبيرة ينتهك قواعد الموقع والواقعية.
من الناحية الرسمية ، يعد هذا انتهاكًا لخلل بيل ، وهي نظرية تم استخدامها لعقود لإثبات صحة الموقع والواقعية على الرغم من عدم اتساقها مع ميكانيكا الكم. ومع ذلك ، في دراسة حديثة ، أجرى فريق من الباحثين من جامعة لودفيغ ماكسيميليان (LMU) ومعهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في ميونيخ اختبارات انتهكت مرة أخرى عدم مساواة بيل وأثبتت وجود تشابك.
نُشرت دراستهم مؤخرًا بعنوان "اختبار الجرس الجاهز للحدث باستخدام الذرات المتشابكة في وقت واحد مع الكشف عن الإغلاق والثغرات المحلية" رسائل المراجعة البدنية. سعى الفريق بقيادة ونجامين روزنفيلد ، الفيزيائي في LMU ومعهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية ، لاختبار عدم تكافؤ بيل من خلال تشابك جسيمين عن بعد.
تنص اللامساواة في بيل (التي سميت على اسم الفيزيائي الأيرلندي جون بيل ، الذي اقترحها في عام 1964) بشكل أساسي على أن خصائص الأشياء موجودة بشكل مستقل عن ملاحظتها (الواقعية) ، ولا يمكن نشر أي معلومات أو تأثير مادي أسرع من سرعة الضوء (محلية). تصف هذه القواعد بشكل مثالي الواقع الذي نختبره نحن البشر على أساس يومي ، حيث تتجذر الأشياء في مكان وزمان معينين وتوجد بشكل مستقل عن المراقب.
ومع ذلك ، على المستوى الكمي ، لا يبدو أن الأمور تتبع هذه القواعد. لا يمكن فقط توصيل الجسيمات بطرق غير محلية عبر مسافات كبيرة (أي التشابك) ، ولكن لا يمكن تحديد خصائص هذه الجسيمات حتى يتم قياسها. وبينما أكدت جميع التجارب أن تنبؤات ميكانيكا الكم صحيحة ، استمر بعض العلماء في المجادلة بأن هناك ثغرات تسمح بالواقعية المحلية.
ولمعالجة ذلك ، أجرى فريق ميونيخ تجربة باستخدام مختبرين في LMU. بينما كان المختبر الأول يقع في قبو قسم الفيزياء ، يقع المختبر الثاني في قبو قسم الاقتصاد - على بعد 400 متر تقريبًا. في كلا المختبرين ، استولت الفرق على ذرة روبيديوم واحدة في فخ موضعي ثم بدأت مثيرة لهم حتى أطلقوا فوتونًا واحدًا.
كما أوضح الدكتور وينجامين روزنفيلد في بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك:
"يتم تشغيل محطتي المراقبة لدينا بشكل مستقل وهي مجهزة بأنظمة الليزر والتحكم الخاصة بها. نظرًا للمسافة 400 متر بين المختبرات ، سيستغرق الاتصال من واحد إلى الآخر 1328 نانو ثانية ، وهو أكثر بكثير من مدة عملية القياس. لذلك ، لا يمكن استخدام أي معلومات عن القياس في مختبر واحد في المختبر الآخر. هكذا نغلق فجوة المنطقة ".
بمجرد أن تكون اثنتان من ذرات الروبيديوم متحمسين لدرجة إطلاق الفوتون ، كانت حالات السبين لذرات الروبيديوم وحالات الاستقطاب للفوتونات متشابكة بشكل فعال. ثم تم اقتران الفوتونات في ألياف بصرية وتوجيهها إلى إعداد حيث تم إدخالها إلى التداخل. بعد إجراء جولة قياس لمدة ثمانية أيام ، تمكن العلماء من جمع حوالي 10000 حدث للتحقق من تشابك العلامات.
كان يمكن الإشارة إلى ذلك من خلال لفات ذرتي الروبيديوم المحاصرتين ، والتي ستكون تشير في نفس الاتجاه (أو في الاتجاه المعاكس ، اعتمادًا على نوع التشابك). ما وجده فريق ميونيخ هو أنه بالنسبة للغالبية العظمى من الأحداث ، كانت الذرات في نفس الحالة (أو في الحالة المعاكسة) ، وأن هناك ستة انحرافات تتوافق مع عدم مساواة بيل.
كانت هذه النتائج أكثر أهمية من الناحية الإحصائية من تلك التي حصل عليها فريق من الفيزيائيين الهولنديين في عام 2015. من أجل هذه الدراسة ، أجرى الفريق الهولندي تجارب باستخدام الإلكترونات في الماس في المختبرات التي تفصلها 1.3 كم. في النهاية ، أظهرت نتائجهم (وغيرها من الاختبارات الأخيرة لعدم مساواة بيل) أن التشابك الكمي حقيقي ، مما يؤدي إلى سد فجوة الواقعية المحلية.
كما أوضح ونجامين روزنفيلد ، فإن الاختبارات التي أجراها فريقه تجاوزت أيضًا هذه التجارب الأخرى من خلال معالجة قضية رئيسية أخرى. وقال "تمكنا من تحديد حالة دوران الذرات بسرعة كبيرة وكفاءة عالية". "وبذلك أغلقنا ثغرة محتملة ثانية: الافتراض بأن الانتهاك المرصود سببه عينة غير مكتملة من أزواج الذرة المكتشفة".
من خلال الحصول على دليل على انتهاك عدم مساواة بيل ، لا يساعد العلماء فقط في حل التناقض الدائم بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمية. كما أنها تفتح الباب لبعض الاحتمالات المثيرة. على سبيل المثال ، توقع العلماء لسنوات تطوير المعالجات الكمية ، التي تعتمد على التشابكات لمحاكاة الأصفار وأخرى من الشفرة الثنائية.
ستكون أجهزة الكمبيوتر التي تعتمد على ميكانيكا الكم أسرع بشكل كبير من المعالجات الدقيقة التقليدية ، وسوف تستهل عصرًا جديدًا من البحث والتطوير. تم اقتراح نفس المبادئ للأمن السيبراني ، حيث سيتم استخدام التشفير الكمي لتشفير المعلومات ، مما يجعلها غير معرضة للقراصنة الذين يعتمدون على أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
أخيرًا وليس آخرًا على الأقل ، هناك مفهوم الاتصالات الكمومية المتشابكة ، وهي طريقة تسمح لنا بنقل المعلومات بشكل أسرع من سرعة الضوء. تخيل إمكانات السفر والاستكشاف في الفضاء إذا لم نعد ملزمين بحدود التواصل النسبي!
لم يكن آينشتاين مخطئًا عندما وصف التشابك الكمي بأنه "عمل مخيف". في الواقع ، لا تزال الكثير من الآثار المترتبة على هذه الظاهرة مخيفة بقدر ما هي رائعة للفيزيائيين. لكن كلما اقتربنا من فهمه ، كلما اقتربنا من تطوير فهم كيفية توافق جميع القوى المادية المعروفة للكون معًا - ويعرف أيضًا. نظرية كل شيء!
