ساتحدث اليوم عن انجاز جديد قام به الفيزيائيون لاول مرة، بتشابك الجزيئات الفردية ، مما يسرّع احتمالات تطور الحوسبة #الكمومية.
حيث تمكن فريق من علماء #الفيزياء في جامعة #برينستون من ربط الجزيئات الفردية معًا في حالات التشابك. وفي هذه الحالات الغريبة، تظل الجزيئات مرتبطة ببعضها البعض، ويمكن أن تتفاعل في وقت واحد، حتى لو كانت على بعد أميال، أو حتى لو كانت تشغل طرفين متقابلين من الكون.
وقد تم نشر هذا البحث مؤخرًا في مجلة Science و استقبلته الاوساط العلمية بخليط من الاحتفاء والقلق.
1️⃣

وقال لورانس تشيوك، أستاذ مساعد في الفيزياء في جامعة برينستون وكبير مؤلفي الورقة البحثية:
يعد هذا طفرة في عالم الجزيئات بسبب الأهمية الأساسية للتشابك الكمومي. لكنه يعد أيضًا إنجازًا كبيرًا في التطبيقات العملية لأن الجزيئات المتشابكة يمكن أن تكون اللبنات الأساسية للعديد من التطبيقات المستقبلية.
يتضمن ذلك، على سبيل المثال:
🔅أجهزة الكمبيوتر #الكمومية التي يمكنها حل مشكلات معينة بشكل أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية
🔅 وأجهزة المحاكاة الكمومية التي يمكنها تصميم مواد معقدة يصعب نمذجة سلوكياتها
🔅وأجهزة الاستشعار الكمومية التي يمكنها القياس بشكل أسرع من نظيراتها التقليدية.
ويقول كونور هولاند، وهو طالب دراسات عليا في الفيزياء و مشارك في الانجاز:
أحد الدوافع وراء ممارسة العلوم الكمومية هو أنه في العالم العملي، يتبين أنه إذا قمت بتسخير قوانين ميكانيكا الكم، فيمكنك القيام بعمل أفضل بكثير في العديد من المجالات.
2️⃣

وتُعرف قدرة الأجهزة الكمومية على التفوق على الأجهزة الكلاسيكية باسم "الميزة الكمية". وفي قلب الميزة الكمومية توجد مبادئ التراكب والتشابك الكمي.
ففي حين أن بت الكمبيوتر الكلاسيكي يمكن أن يأخذ قيمة إما 0 أو 1، فإن البتات الكمومية، التي تسمى الكيوبتات، يمكن أن تكون في نفس الوقت في حالة تراكب 0 و 1.
المفهوم الأخير، التشابك، هو حجر الزاوية الرئيسي في ميكانيكا الكم ويحدث عندما يصبح جسيمان مرتبطين ببعضهما البعض بشكل لا ينفصم بحيث يستمر هذا الارتباط، حتى لو كان أحد الجسيمين على بعد سنوات ضوئية من الجسيم الآخر. وهي الظاهرة التي وصفها ألبرت أينشتاين، والذي شكك في البداية بصحتها.
ومنذ ذلك الحين، أثبت الفيزيائيون أن التشابك هو في الواقع وصف دقيق للعالم المادي وكيفية هيكلة الواقع.
وقال البروفيسور تشيوك:
التشابك #الكمومي هو مفهوم أساسي، لكنه أيضًا العنصر الرئيسي الذي يمنح الميزة الكمية.
لكن بناء ميزة كمومية وتحقيق تشابك كمومي يمكن التحكم فيه، يظل تحديًا، لأسباب ليس أقلها أن المهندسين والعلماء ما زالوا غير متأكدين بشأن أي منصة مادية هي الأفضل لإنشاء الكيوبتات.
3️⃣

في العقود الماضية، تم استكشاف العديد من التقنيات المختلفة - مثل #الأيونات المحاصرة و #الفوتونات والدوائر فائقة التوصيل، على سبيل المثال لا الحصر - كمرشحين لأجهزة الكمبيوتر والأجهزة #الكمومية. يمكن أن يعتمد النظام الكمومي الأمثل أو منصة الكيوبت بشكل جيد على التطبيق المحدد.
ولكن حتى هذه التجربة، كانت الجزيئات تتحدى منذ فترة طويلة التشابك الكمومي الذي يمكن التحكم فيه. لكن تشيوك وزملاؤه وجدوا طريقة، من خلال التلاعب الدقيق في المختبر، للتحكم في الجزيئات الفردية وإقناعها بالدخول في هذه الحالات الكمومية المتشابكة.
كما اعتقدوا أيضًا أن الجزيئات تتمتع بمزايا معينة - على الذرات، على سبيل المثال - مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتطبيقات معينة في معالجة المعلومات الكمومية والمحاكاة الكمومية للمواد المعقدة. بالمقارنة مع الذرات، على سبيل المثال، تتمتع الجزيئات بدرجات كمية أكبر من الحرية ويمكنها التفاعل بطرق جديدة.
وقال يوكاي لو، وهو طالب دراسات عليا في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر ومؤلف مشارك في الورقة البحثية:
ما يعنيه هذا، من الناحية العملية، هو أن هناك طرقًا جديدة لتخزين ومعالجة المعلومات الكمومية". "على سبيل المثال، يمكن للجزيء أن يهتز ويدور في أوضاع متعددة. لذا، يمكنك استخدام اثنين من هذه الأوضاع لتشفير الكيوبت. إذا كان النوع الجزيئي قطبيًا، فيمكن أن يتفاعل جزيئين حتى عندما يكونان منفصلين مكانيًا.
ومع ذلك، فقد ثبت أنه من الصعب جدًا التحكم في الجزيئات في المختبر بسبب تعقيدها. إن درجات الحرية التي تجعلها جذابة تجعل من الصعب أيضًا التحكم فيها أو محاصرتها في إعدادات المختبر.
4️⃣

واجه تشيوك وفريقه العديد من تلك التحديات من خلال تجربة مدروسة بعناية. لقد اختاروا أولاً نوعًا جزيئيًا قطبيًا ويمكن تبريده بالليزر. ثم قاموا بتبريد الجزيئات بالليزر إلى درجات حرارة فائقة البرودة، حيث تحتل ميكانيكا الكم مركز الصدارة.
تم بعد ذلك التقاط الجزيئات الفردية بواسطة نظام معقد من أشعة الليزر شديدة التركيز، والتي تسمى "الملاقط الضوئية". ومن خلال هندسة مواقع الملقط، تمكنوا من إنشاء مصفوفات كبيرة من الجزيئات المفردة ووضعها بشكل فردي في أي تكوين مرغوب فيه أحادي البعد. على سبيل المثال، قاموا بإنشاء أزواج معزولة من الجزيئات وسلاسل من الجزيئات خالية من العيوب.
بعد ذلك، قاموا بتشفير الكيوبت في حالة عدم الدوران والدوران للجزيء. لقد تمكنوا من إثبات أن هذا الكيوبت الجزيئي ظل متماسكًا؛ أي أنه تذكر تراكبه. باختصار، أثبت الباحثون القدرة على إنشاء كيوبتات متماسكة ومنضبطة بشكل جيد من جزيئات يتم التحكم فيها بشكل فردي.
ولتشابك الجزيئات، كان عليهم أن يجعلوا الجزيء يتفاعل. وباستخدام سلسلة من نبضات الميكروويف، تمكنوا من جعل الجزيئات الفردية تتفاعل مع بعضها البعض بطريقة متماسكة.
ومن خلال السماح للتفاعل بمواصلة فترة زمنية محددة، تمكنوا من تنفيذ بوابة ثنائية الكيوبت والتي تشابكت بين جزيئين. وهذا أمر مهم لأن مثل هذه البوابة المتشابكة ثنائية الكيوبت هي لبنة أساسية لكل من الحوسبة الكمومية الرقمية العالمية ومحاكاة المواد المعقدة.
إن إمكانات هذا البحث لدراسة مجالات مختلفة من العلوم الكمومية كبيرة، نظرًا للميزات المبتكرة التي توفرها هذه المنصة الجديدة لمصفوفات الملقط الجزيئية. على وجه الخصوص، يهتم فريق برينستون باستكشاف فيزياء العديد من الجزيئات المتفاعلة، والتي يمكن استخدامها لمحاكاة أنظمة الأجسام المتعددة الكمومية حيث يمكن أن يظهر سلوك ناشئ مثير للاهتمام، مثل أشكال جديدة من المغناطيسية.
وقال تشيوك:
إن استخدام الجزيئات في العلوم الكمومية هو حدود جديدة، ويعد عرضنا للتشابك عند الطلب خطوة أساسية في إثبات إمكانية استخدام الجزيئات كمنصة قابلة للحياة لعلم الكم.
5️⃣

وفي مقال منفصل نُشر في نفس العدد من مجلة Science:
science.org
حققت مجموعة بحثية مستقلة بقيادة جون دويل وكانغ كوين ني في جامعة #هارفارد و ولفغانغ كيترلي في #MIT نتائج مماثلة.
وقال تشيوك:
حقيقة أنهم حصلوا على نفس النتائج تؤكد موثوقية نتائجنا. إنهم يظهرون أيضًا أن مصفوفات الملقط الجزيئية أصبحت منصة جديدة ومثيرة للعلوم الكمومية.
6️⃣

للمزيد من التفاصيل يرجى زيارة المصدر من موقع جامعة برينستون 👇
⭕️
research.princeton.edu
او مجلة نيو سيانتست 👇
⭕️
newscientist.com
.
.
7️⃣

كثير سالوني عن معنى التشابك الكمومي:
اسهل شرح للفكرة ورد في جريدة #الشرق_الاوسط👇 @aawsat_News
8️⃣