أخيراً! بعد 20 عامًا، تم تأكيد نظرية التشابك الكمي الكبرى تجريبيًا

إن ميكانيكا الكم غريبة جدًا حتى أن العبقري صاحب الرؤية الذي وصف أسرار الكون يبدو أنه يرفض جوانب معينة غريب.

“عمل مخيف عن بعد“هكذا وصف ألبرت أينشتاين التشابك الكمي، اتصال غريب بين الجزيئات التي الفيزياء الكلاسيكية لا تستطيع أن تشرح.

من وجهة نظرنا الكلاسيكية، يبدو أنها تسمح بالاتصال الفوري، وبالتالي كسر سرعة الضوء وإثارة غضب أينشتاين.

على سبيل المثال، إذا كنا قلبت عملتين متشابكتين الكم وهبطت إحداهما وصورة الصورة للأعلى، يمكننا أن نعرف على وجه اليقين ما إذا كانت العملة الثانية ستهبط على الفور للأعلى – حتى لو تم قلب إحداهما على الأرض والأخرى عليها المريخ.

وذلك لأن قياس أحدهما يكشف على الفور عن حالة الآخر، وهو ارتباط ليس له تفسير كلاسيكي.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

هذا التزامن المخيف هو الأساس ل الحوسبة الكمومية، مع إمكانات لا توصف ل التعلم الآليوالتصميم الصيدلاني والاتصالات الرقمية والتطبيقات الأساسية الأخرى.

الآن، حقق الفيزيائيون في معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا (ISTA) وجامعة ميونيخ التقنية في ألمانيا تقدمًا كبيرًا من خلال التأكيد التجريبي على وجود نظرية التشابك عمرها 20 عاما، وتوفير نموذج أولي لتوسيع نطاق عمليات الحوسبة الكمومية.

لا يختلف كثيرا عن رش الماء على شخص سريع الغضب تشيهواهوااستخدم الباحثون “حمامًا كميًا” من جزيئات الضوء لتشابك الكيوبتات المعزولة (البتات الكمومية)، وهي الوحدات الوظيفية للكون. أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

الكيوبتات هي نظيراتها الكمومية أجزاء (الأرقام الثنائية)، الوحدات الأساسية للمعلومات التي تشغل أجهزة الكمبيوتر التقليدية. يمكن أن تمثل البتات قيمتين، 1 أو 0، والتي تشبه المفتاح الذي يكون “on” أو “off”.

لكن الكيوبتات يمكن أن توجد في تراكب 1 و 0 – يحب العتاب الشهير في صندوق شرودنغر، استعارة لكيفية وجود هذه الجسيمات الكمومية في حالات متعددة في وقت واحد.

أكثر تقليدية تشابك النهج تشمل طريقتين. يرسل الأول فوتونًا واحدًا يتم التحكم فيه بشكل نشط بين اثنين من الكيوبتات. في الثانية، الحائز على جائزة نوبل البروتوكول، كل كيوبت يطلق فوتونًا يجب مطابقته. ومع ذلك، فإن هذا يتطلب ترقيعًا مستمرًا ولا ينجح دائمًا.

توفر طريقة الحمام الكمي هذه طريقة مستقلة تمامًا لمزامنة الكيوبتات البعيدة عن طريق تعريضها لأشعة ميكروويف منخفضة الطاقة، مما ينتج عنه نسخة “ثابتة” قابلة للتطبيق من التشابك، بدلاً من نسخة تتقلب في خصائصها مثل البندول.

“في هذا العمل، كنا نهدف إلى التغلب على عدم التوافق بين أشكال التشابك المتاحة بسهولة والمفيدة عمليًا.” يشرح أليخاندرو أندريس جوانيس، عالم فيزياء في ISTA والمؤلف الأول للدراسة.

“من خلال تحقيق الاستقرار في الدول المتشابكة عن بعد، فإن نهجنا مستقل تمامًا ولا يتطلب أي تحكم أو قياس نشط.”

والأهم من ذلك، أنه يمكن تطبيق هذا المخطط على “مسافات عشوائية“، ظاهريًا أبعد من 50 سم (20 بوصة) من الكابل الذي يفصل الكيوبتات عن الفوتونات المسببة للتشابك في هذه التجربة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن معالجة مصدر فوتون واحد مترابط (متشابك) لتوليد العديد من الأزواج المتشابكة.

يبشر هذا البحث أيضًا بأنظمة كمومية هجينة، حيث تحتوي الفوتونات على ترددات مختلفة، مثل الضوء البصري و أفران ميكروويفيمكن للباحثين “تثبيت التشابك بين الكيوبتات التي يتم تشغيلها بمقاييس طاقة مختلفة إلى حد كبير”. يذكر.

ويحظى التشابك المستقر بنفس القدر من الأهمية لأنه يمكن استخدامه عند الطلب، إذا جاز التعبير، بدلاً من التشابكات القصيرة العمر التي يجب استخدامها بشكل انتهازي:

“بهذه الطريقة، تستقر حالة الكيوبتات المتشابكة، حتى بعد انتهاء عمر الكيوبتات، وتظل متاحة دائمًا كمورد لمزيد من المعالجة الكمومية.” يقول يوهانس فينك، عالم فيزياء في ISTA وكبير مؤلفي الدراسة.

“وهذا يجعل النهج ذا أهمية من الناحية المفاهيمية.”

أخيرًا، أظهر الباحثون أنهم يستطيعون التحقق من أن الكيوبتات الخاصة بهم كانت متزامنة بالفعل. لقد فعلوا ذلك باستخدام نبضات الموجات الدقيقة القصيرة بشكل لا يصدق، والتي تبلغ أجزاء من المليار من الثانية فقط، لقياس حالة الكيوبتات الخاصة بهم.

“يمكن أن تكون البتات الكمومية في حالة تراكب من الحالات، ولكن كل هذه الحالات تنهار عندما نقيسها، مما يترك لنا حالة 0 أو 1.” ملحوظات أندريس جوانيس.

في الواقع، هذه إحدى المشكلات الأساسية في الحوسبة الكمومية، حيث أن “فك ترابط” الكيوبتات يحرمها من سلوكها الكمي، وبالتالي مزاياها الحسابية.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

على الرغم من أنه من غير المؤكد مدى توفر الحوسبة الكمومية على نطاق واسع وملاءمتها للعامة، إلا أنها يمكن أن يكون لها تطبيقات بعيدة المدى.

حتى لو كان من غير المحتمل أننا سنستخدم أجهزة الكمبيوتر المحمولة الكمومية لتصفح صور القطط البلهاء، فقد ينقذ ذلك حياتنا، حيث يمكن أن يؤدي تحسين استقرار الكيوبت إلى تقدم صيدلاني مستنير بالكم.

أو يمكنها تحسين التنقلات اليومية ووسائل النقل المقتطعة عن طريق كسر الأساليب الكلاسيكية بائع متجول مشكلة ل العثور على الطرق الأكثر كفاءة.

أخيرًا، على الرغم من أن الباحثين طوروا نموذجًا أوليًا ناجحًا لإثبات المفهوم، إلا أن الأساليب السابقة التي تستخدم التحكم النشط في حالات الكيوبت تظل أكثر كفاءة.

“طريقتنا تنقل حاليًا حوالي 10% من التشابك المتاح في الحمام،” أندريس جوانيس يوضح.

متعلق ب: أول مادة كمومية من نوعها في درجة حرارة الغرفة يتم نسجها من ذرات الذهب

ومع ذلك، يعد هذا إطارًا قابلاً للتطوير ويمكن تحسينه بشكل أكبر، مما قد يؤدي إلى زيادة قدرات الحوسبة الكمومية وتوسيع الشبكات الكمومية.

أندريس جوانيس يضيف“نحن نقدم طريقة بسيطة نسبيًا يمكن توسيع نطاقها لمزامنة عدة كيوبتات بعيدة.”

تم نشر هذا البحث في المراجعة البدنية X.