ينشئ الفيزيائيون نوعًا جديدًا من حالة قطة شرودنغر من كتل البناء الكمومية الغريبة

ابتكر فيزيائيو أكسفورد فئة غير تقليدية من التراكبات الكمومية من حالات غير كلاسيكية إلى حد كبير.

الباحثون في جامعة أكسفورد لقد أنشأوا فئة جديدة من التراكبات الكمومية، بما في ذلك حالات شرودنغر الشبيهة بالقطط، وذلك باستخدام وحدات بناء هي في حد ذاتها غير كلاسيكية إلى حد كبير. التقدم يمكن أن يدعم المستقبل الحوسبة الكمومية معماريات تعتمد على أنظمة أكثر تعقيدًا من الكيوبتات التقليدية، مع توفير فرص جديدة للاستشعار والدراسات الأساسية لميكانيكا الكم.

على عكس الفيزياء الكلاسيكية، تسمح ميكانيكا الكم للنظام بالوجود في حالات متعددة في وقت واحد. غالبًا ما يتم توضيح هذا المفهوم من خلال قطة شرودنغر، وهي تجربة فكرية تعتبر فيها القطة حية وميتة حتى يتم ملاحظتها. في البيئات المختبرية، يمكن للعلماء إنتاج نسخ واقعية من هذه الظاهرة عن طريق وضع الذرات أو الضوء أو الحركة في حالات كمومية متعددة في نفس الوقت. تعد القدرة على إنشاء هذه التراكبات والتحكم فيها أمرًا أساسيًا لتقنيات مثل الحوسبة الكمومية والساعات فائقة الدقة.

أحد الأمثلة المألوفة هو البت الكمي، أو الكيوبت، والذي يمكن أن يوجد كمزيج من كل من 0 و 1. ومع ذلك، فإن الأنظمة الكمومية لا تقتصر على حالتين. يمكن للمذبذبات التوافقية الكمومية أن تشغل العديد من مستويات الطاقة، مما يخلق المزيد من الاحتمالات. تصف هذه المذبذبات نطاقًا واسعًا من الأنظمة الفيزيائية، بما في ذلك الضوء والاهتزازات وحركة الجسيمات المحاصرة.

أحد الأمثلة المعروفة هو “حالة القطة”، حيث يوجد المذبذب في تراكب حزمتين موجيتين تم إزاحتهما في اتجاهين متعاكسين. هذه الحزم الموجية، التي تسمى الحالات المتماسكة، تتصرف بشكل قريب من الحركة الكلاسيكية كما تسمح ميكانيكا الكم.

بناء حالات القطط من مكونات غير كلاسيكية

طور فريق أكسفورد طريقة جديدة لتوليد التراكبات الكمومية. فبدلاً من بناء حالات شبيهة بالقطط من حزم موجية ذات حالة متماسكة، قاموا بإنشائها من مجموعة أوسع من المكونات التي تعتبر بالفعل غير كلاسيكية إلى حد كبير. في تراكبات الحالة المضغوطة، على سبيل المثال، يتم توزيع عدم اليقين الكمي بشكل مختلف عبر كل مكون من مكونات الحالة.

تركزت التجربة على حركة أيون محصور واحد. تجمع الأيونات المحاصرة بين نوعين من الأنظمة الكمومية في منصة واحدة. تعمل حالاتها الداخلية مثل الكيوبتات، بينما تعمل حركتها كمذبذب توافقي كمي يمكن أن يشغل العديد من الحالات الحركية المختلفة. وهذا يجعلها مفيدة بشكل خاص لإنشاء حالات كمومية تتجاوز قدرات الكيوبتات القياسية.

لتوليد الحالات الجديدة، قام الباحثون أولاً بربط الحالة الداخلية للأيون مع العديد من الحالات الحركية المحتملة من خلال تفاعلات مصممة بعناية. ثم أجروا قياسًا للحالة الداخلية في منتصف الدائرة، مما تسبب في انهيار حركة الأيون إلى تراكب مختار من المكونات غير الكلاسيكية.

يوضح المؤلف الرئيسي الدكتور سيباستيان سانر (قسم الفيزياء، جامعة أكسفورد): “لقد أعطانا هذا النهج أداة لنحت التراكب الكمومي في أي شكل تقريبًا”.

تأكيد السلوك الكمي الحقيقي

أعطت هذه التقنية للفريق درجة عالية من السيطرة على الحالات الناتجة. ومن خلال تعديل المعلمات التجريبية، تمكنوا من تعديل الحجم النسبي للمكونات واتجاهها وتباعدها، مما ينتج عنه مجموعة واسعة من التراكبات الحركية غير العادية داخل نفس نظام الأيونات المحاصرة.

ثم أعاد الباحثون بناء الحالات الكمومية التي قاموا بإنشائها. كشفت هذه القياسات عن أنماط التداخل ومناطق سلبية فيجنر، وكلاهما يشير إلى سلوك لا يمكن تفسيره على أنه مزيج كلاسيكي بسيط. وأكدت النتائج أن التجربة نجحت في توليد تراكبات كمومية حقيقية تتألف من حالات حركية غير كلاسيكية في جوهرها.

ويعمل الفريق الآن مع المنظرين لتحديد الخصائص الكمومية لهذه الحالات بشكل أفضل.

يقول الدكتور راجافيندرا سرينيفاس (قسم الفيزياء، جامعة أكسفورد)، الذي أشرف على العمل: “لقد شجعنا حقًا رد فعل زملائنا عندما أظهرنا لهم ما صنعناه. نعتقد أننا مازلنا نخدش سطح ما هو ممكن، سواء بالنسبة للتطبيقات العملية أو لفهم هذه الحالات على مستوى أكثر جوهرية”.

يوفر البحث طريقًا جديدًا نحو التقنيات الكمومية التي تعتمد على المذبذبات الكمومية بدلاً من الكيوبتات التقليدية فقط. أحد التطبيقات المحتملة هو الحوسبة الكمومية، حيث يمكن لهذه الحالات أن تقدم مقاومة محسنة للأخطاء مع دعم طرق أبسط وأكثر قوة لتصحيح الأخطاء. وقد تكون أيضًا بمثابة منصة قيمة لدراسة الحدود بين السلوك الكلاسيكي والكمي.

المرجع: “توليد التراكبات التعسفية لحالات المذبذب التوافقي الكمي غير الكلاسيكي” بقلم S. Saner، O. Băzăvan، D. J. Webb، G. Araneda، D. M. Lucas، C. J. Ballance and R. Srinivas، 3 يونيو 2026، المراجعة البدنية X.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.