تجربة حقيقية تثبت أن قط شرودنجر يستطيع أن يتواجد في صندوقين في الوقت ذاته!

يقترح فيزيائيون من جامعة يال أن قط شرودنجر يمكن أن يتواجد – سواء كان حياً أو ميتاً – في صندوقَيْن في الوقت نفسه، حيثُ يمكن لهذا الاكتشاف أن يساعد في تطوير حواسيب كمومية موثوقة.

قام العلماء بتطوير تجربة قط شرودنجر قليلاً، حيثُ قاموا بقطع القط الافتراضي المسكين إلى نصفين ووضعه في صندوقين مختلفين، وقد قاموا بتأكيد أنه يعيش ولا يعيش حتى عندما يكون هناك اثنان منه والجزء الأفضل من التجربة هو أن الفريق أخذ الموضوع من حيز النظرية وأجروا التجربة فعلاً في المختبر، ولكن لا داعي للقلق حيثُ لم يتم إيذاء أي قطط خلال العملية.

تعرف على قط شرودنجر:

قبل أن ندخل في تفاصيل التجربة الجديدة، لنستعرض أساسيات تجربة قط شرودنجر الافتراضية.

يقول السيناريو الافتراضي: إنه يتم وضع قط في صندوق مضاد للمتفجرات مع قنبلة، وإلى حين أن تقوم بفتح الصندوق لا تملك أي فكرة إن انفجرت القنبلة ومات القط أو ربما لم تنفجر والقط لا يزال حياً.

يشغل القط واقعين مختلفين طول المدة التي يكون فيها الصندوق مغلقاً، من منظورنا فهو ميت وحي لأننا لا نستطيع تأكيد بأي حالة هو، ولكننا نعلم أنه لا يستطيع أن يكون بكلا الحالتين معاً.

تُعرّف الحالة التي يتواجد فيها الجسم بحالتَيْن مختلفتَيْن في ميكانيكا الكم بحالة التراكب الكمومي، وهي أساس كل فكرة الحوسبة الكمومية، التي من المتوقع لها أن تغير الطريقة التي نعالج فيها البيانات في المستقبل.

فتح الصندوق لن يغير حقيقة ما حصل داخله ، فالميت سيبقى ميتاً، والحي سيكون غاضباً لأنك وضعته في صندوق مع متفجرات حية.

والفكرة هي أنه في الواقع هناك خيار حقيقي واحد، ولكن إلى أن نقوم بمراقبة ذلك الواقع، فالخياران موجودان.

نوع جديد من القطط:

هذا هو أساس تجربة قط شرودنجر، ولكن أخرج الباحثون التجربة من الحيز الافتراضي وقاموا بإجرائها في المختبر، ليس مع قطط حقيقية، ولكن مع أمواج كهرومغناطيسية على شكل فوتونات أمواج ميكروية.

وكما تتواجد الجزيئات الكمومية في التراكب الكمومي – وهو ما يعطي تجربة القط بعض التطبيقات العملية كالحوسبة وفهم سلوك أصغر الوحدات البنائية في الكون – تستطيع الأمواج الكهرومغناطيسية التواجد في تلك الحالة أيضاً.

يمكن استقطاب الفوتونات عمودياً وأفقياً في الوقت نفسه حتى يقوم شخص ما بقياس ذلك الاستقطاب، ويمكن دفع فوتونات الأمواج الميكروية لتتواجد في هذه الحالة أيضاً.

يقول جوشوا سوكول لمجلة New Scientist لمجلة: “ستهتز الأمواج الكهرومغناطيسية في الصندوق بشدة، كالنواس الذي يتحرك للأمام والخلف، ولكن يمكننا إدخال الموجة المعاكسة إلى الصندوق، مما يؤدي إلى إنتاج حالة القط الذي يقوم بشيئين مختلفين ومتناقضين في الوقت نفسه.”

وهذا ما قام به مجموعة من الفيزيائيين من جامعة يال بقيادة تشين وانغ لتوضيح أساسيات تجربة قط شرودنجر في الواقع. يقول وانج إن النظير الميكانيكي لهذا سيكون نواساً يهتز في الوقت نفسه إلى اليمين واليسار معاً.

وعندما انتهوا من ذلك طوروا التجربة قليلاً من خلال السؤال، “ماذا لو كان هناك قطان؟”.

القط ليس في أحد الصندوقين، هو داخلهما معاً، لأنهما مرتبطان بشكل متصل.

وقاموا ببناء تجويفين من الألمنيوم – الصندوقين – وأطلقوا بروتونات أمواج ميكروية داخلهما، وتم وصل التجويفين بواسطة رقاقة من الياقوت فائقة الناقلية ودارة من الألمنيوم، الأمر الذي شكّل ما يشبه النفق الذي تستطيع البروتونات أن تعبر من خلاله.

الخدعة هي أنه يمكن تشغيل وإطفاء هذا النفق الكمومي، ووفقاً لتلك الحالة ستهتز البروتونات بترددات مختلفة. يقول سوكول: “لأن هذا العالم هو عالم كمومي فمن الممكن أن يكون الجسر الواصل مشغلاً ومطفئاً في الوقت نفسه”، ويقول وانغ: “عندما يحصل ذلك سيكون للتجويفين ترددان في الوقت نفسه.”

عندما تم إطفاء الربط بين الصندوقين، وجد الفريق أن الفوتونات في الصندوقين ما زالت متصلة – القط الذي تم تقطيعه إلى نصفين بقي يتصرف كأنه قط كامل- تماماً كالخدعة السحرية القديمة، وبشكلٍ أساسي فإن القط ليس موجوداً في أحد الصندوقين، بل هو داخلهما معاً، لأنهما مرتبطان بشكل متصل.

تشرح إيميلي كونوفر لمجلة Science News:”قام العلماء بقياس حالات القط الناتجة ووجدوا أن نسبة الموثوقية هي 81%، وهي قياس لمدى قرب الحالة لحالة القط المثالية.”

هناك بالطبع التشابك الكمومي:

كيف لهذا أن يحصل؟ أهلاً بك إلى التشابك الكمومي، مفهوم مركزي في فيزياء الكم يسمح لمراقبة محلية أن تغير حالة جسم بعيد آنياً، أو كما سماه آينشتاين مرة: “السلوك الغريب عن بعد”.

إن محاولة تشبيه ذلك في الواقع تعني أن الحقل الكهربائي سيكون دائماً متزامناً في كلا التجويفين، وهذه أخبار جيدة للعلماء حول العالم والذين يعانون من أجل بناء حاسوب كمومي حقيقي.

تقول كونوفر: “يستطيع التجويفان أن يقوما بدور بتين كموميين، أو كيوبت، حيثُ إن أحد العثرات في الحواسيب الكمومية هي حتمية مرور الأخطاء في الحسابات بسبب التفاعل مع البيئة الخارجية والتي تُذهب خواص الكيوبت الكمومية، وإن حالات القط أكثر مقاومة للأخطاء من الأنماط الأخرى للكيوبت وفقاً للباحثين، حيثُ يستطيع النظام في النهاية أن يقودنا إلى حواسيب كمومية تستطيع تجاوز الأخطاء.”

إن الخطوة التالية بالنسبة للفريق هي زيادة مقياس التجربة بحيث يمكن تطبيقها على حاسوب كمومي فعلي، وهذا يعني إثبات نفس مستوى الوثوقية على أكثر من “صندوقين”، ولا نملك أدنى فكرة كيف سيكون شكل ذلك، ولكنه سيكون مثيراً بالتأكيد!

ترجمة: يحيى رياض