العلماء يحققون الإتصال الكمي المغاير مباشرة للمرة الأولى

إتصال من دون انتقال للجسيمات:

الاتصالات الكمية هو وحش غريب، ولكن واحد من أغرب أشكاله المقترحة يسمى الاتصالات المغايرة – و هو نوع من الاتصالات الكمية – نسبة إلى ميكانيكا الكم- حيث يتم الاتصال من دون انتقال أي نوع من الجسيمات بين اثنين من المتلقين.

لقد اقترح علماء الفيزياء النظرية أن هذا النوع من الاتصالات ممكن، لكن الأن و للمرة الأولى ينجح الباحثون في تحقيقها تجريبيا – و هو نقل لوحة نقطية بالأبيض و الأسود من موقع لآخر من غير انتقال أي نوع من الجسيمات المادية.

إذا كان الأمر خارج نطاق استيعابك قليلا فلا تقلق، هذه هي ميكانيكا الكم على أية حال هذا يعني انها معقدة ، و لكن بمجرد كسر قواعدها تصبح الإتصالات الكمية المغايرة حقيقة أقل غرابة من التي تبدو عليها.

أولا، دعونا نتحدث عن كيفية اختلاف هذا عن اتصالات الكم النمطية، المعروفة أيضا بأسم النقل الكمي عن بعد ، لأنه ليس شكلا من أشكال نقل المعلومات بجسيمات أقل؟

حسنا، ليس تماما فيستند النقل عن بعد الكمي النمطي إلى مبدأ التشابك الكمي – وهما جسيمان مرتبطان ارتباطا لا ينفصم بحيث يؤثر كل ما يحدث لأحدهما تلقائيا على الآخر بغض النظر عن مدى انفصالهما.

هذا ما أشار إليه آينشتاين ب “العمل الشبحي على مسافة”، وقد استخدمه العلماء بالفعل لإرسال رسائل عبر مسافات شاسعة.

ولكن هذا الشكل من النقل الكمي عن بعد لا يزال يعتمد على انتقال الجسيمات في شكل أو آخر، الجسيمات عادة ما تحتاج إلى أن تكون معا عندما يتحقق التشابك الكمي قبل أن يتم إرسالها إلى الناس في نهاية أي رسالة (لذلك، فإنها تبدأ في مكان واحد، وتحتاج إلى أن تنتقل إلى مكان آخر قبل أن يحدث الاتصال بينهما).

بدلا من ذلك، يمكن أن تكون الجسيمات متشابكة كميا على مسافة، ولكنها عادة ما تتطلب جسيم آخر، مثل الفوتونات (جزيئات الضوء)، للانتقال بين الجسيمين.

على جانب آخر تعتمد “الاتصالات الكمية المغايرة المباشرة” على أمر آخر مختلف تماما عن التشابك الكمي، فهي بدلا من ذلك تستخدم ما يسمى بتأثير – الزينو- الكمي.

ببساطة، يحدث تأثير زينو الكمي عندما يتم قياس نظام كمي غير مستقر مرارا وتكرارا.

في عالم الكم، كلما نظرت إلى نظام، أو أخضعته للقياس، يتغير النظام وفي هذه الحالة، لا يمكن أبدا أن تتلاشى – تتحلل – الجسيمات غير المستقرة أثناء قياسها (تماما مثل غلاية الماء التي تشاهدها و التي لن تغلي أبدا)، وبالتالي فإن تأثير زينو الكمي يخلق نظاما فعالا مجمدا مع عدد كبير من الاحتمالات.

لمزيد من الإيضاح الفيديو التالي يقدم شرحا قيما للمسألة، تعتمد – الاتصالات الكمية المغايرة المباشرة – على تأثير الزينو الكمي ويعرف بأنه نقل حالة كمية من موقع إلى آخر دون نقل أي جسيم كمي أو كلاسيكي بين الموقعين.
و يتطلب هذا قناة كمية لتعمل بين موقعين، مما يعني أن هناك دائما احتمال صغير بأن الجسيم الكمي سوف يعبر القناة، و إذا ما حدث ذلك، يتم تجاهل النظام ويتم إعداد آخر جديد.

ولإنشاء هذا النظام المعقد، قام باحثون من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين بوضع جهازين للكشف عن فوتون – أحادي في المخارج الأخيرة لمصفوفة من فاصلات الاشعاع، و بسبب تأثير زينو الكمي، يتم تجميد النظام في حالة معينة، لذا يصبح من الممكن التنبؤ أي من أجهزة الكشف سوف يحدث صوت “نقر” كلما مرت الفوتونات من خلاله، تقيس سلسلة من أجهزة القياس المتداخلة و المتشابكة حالة النظام للتأكد من أنه لا يتغير.

وهو يعتمد على حقيقة أنه في عالم الكم، يمكن وصف جميع جزيئات الضوء بشكل كامل من قبل وظائف الموجة، عوضا عن الجسيمات، ومن خلال تضمين الرسائل في الضوء تمكن الباحثون من نقل هذه الرسالة دون إرسال أي جسيم بشكل مباشر.

ويوضح الفريق أن الفكرة الأساسية لهذا الإعداد جاءت من تكنولوجيا التصوير – المجسم – ثلاثية الأبعاد.

“في الأربعينيات من القرن العشرين، تم تطوير تقنية التصوير الجديدة – التصوير المجسم – ليس فقط لتسجيل كثافة الضوء ولكن أيضا لتسجيل أطوار الضوء”، كما كتب الباحثون في دورية الأكاديمية الوطنية للعلوم.

“و يمكن للمرء أن يسأل: هل يمكن استخدام أطوار الضوء نفسها للتصوير؟ و الجواب هو نعم”.

الفكرة الأساسية يمكن توضيحا كالآتي – لو أرادشخص أن يرسل صورة إلى “أليس” باستخدام ضوء فقط (الذي يعمل كموجة، وليس كجسيمات، تبعا للمفهوم الكمي).

تنقل “أليس” فوتونا واحدا إلى جهاز القياس المتداخل، حيث يمكن اكتشافه بواسطة ثلاثة أجهزة كشف فوتون-أحادي : D0 و D1 و Df.

إذا أصدر جهازي D0 و D1 صوت نقر فهذا يعطي نتيجة منطقية على صفر أو واحد .. لكن اذا أصدر Df صوت نقر فهذا يعطي نتيجة غير حاسمة.

كما يوضح كريستوفر باكهام لـPhys.org: “بعد اتصال جميع الأحرف المرمزة (بتات)، تمكن الباحثون من إعادة تجميع الصورة – لموجة نقطية أحادية اللون لعقدة صينية – تم تعريف البكسلات السوداء بأنها المنطق 0، في حين تم تعريف البكسلات البيضاء بأنها المنطق 1.

في التجربة، أصبحت أطوار الضوء نفسها ناقل للمعلومات، وكانت شدة الضوء لا علاقة لها التجربة “.

هذه ليست فقط خطوة كبيرة إلى الأمام في الاتصال الكمي -يوضح الفريق – لكنها أيضا التكنولوجيا التي يمكن أن تستخدم لتصوير القطع الأثرية القديمة الحساسة التي لا يمكن تسليط الضوء المباشر عليها.

وستحتاج النتائج الآن إلى التحقق من قبل باحثين مستقلين للتأكد من أن ما رآه الباحثون هو مثال حقيقي على الاتصالات الكمية المغايرة.

وفي كلا الحالتين، ستكون مظاهر رائعة جدا حول غرابة عالم الكم الغير مكتشف.

ولقد نشر البحث في دورية الأكاديمية الوطنية للعلوم.

ترجمة: مصطفى العدوي

المصادر: 1