Real Time Web Analytics با اثرات زنو کوانتومی می‌توانید گربه شرودینگر را زنده نگه دارید، حتی با تکان دادن جعبه! | دیپ لوک

با اثرات زنو کوانتومی می‌توانید گربه شرودینگر را زنده نگه دارید، حتی با تکان دادن جعبه!

2

اگرچه مفهوم اندازه گیری در مکانیک کلاسیکی، معنای شسته رفته و بدون ابهامی دارد، اما تا دلتان بخواهد در مکانیک کوانتومی،‌عجیب‌غریب و مبهم است. اندازه‌گیری در مکانیگ کوانتومی، برخلاف مکانیک کلاسیک، یک عمل منفعلانه نیست، بلکه عملی است که کاملا بر سیستم تاثیر می‌گذارد. اثرات جالبی ناشی از عمل اندازه‌گیری به وجود می‌آیند که به اثرات زنو کوانتومی شهرت یافته‌اند. حالا محققان دانشگاه واشنگتن به حقایق جالبی در مورد این اثرات پی‌برده‌اند. نتیجه پژوهش آنها پنج روز پیش در مجله  Physical Review Letters منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…

در مورد گربه شرودینگر بارها در دیپ لوک صحبت کرده‌ایم: یک گربه همراه با اتم‌های رادیواکتیوی که دچار واپاشی می‌شوند، در جعبه گرفتار شده است. اگر واپاشی رخ دهد، گربه می‌میرد. به کمک آمار و احتمالات می‌توانیم نیمه عمر اتم‌های پرتوزا را محاسبه کنیم. اگر در زمانی که احتمال واپاشی، ۵۰ درصد است، در جعبه را باز کنیم، گربه زنده است یا مرده؟ قبل از باز کردن جعبه، گربه، هم مرده است و هم زنده (برهم نهی حالت‌ها)، اما با باز کردن و نگاه‌کردن درون جعبه، تقلیل تابع موج رخ می‌دهد. در واقع نگاه کردن، برهم نهی حالت‌ها را به یک حالت مشخص یا خالص، تبدیل می‌کند و باعث می‌شود ما گربه را در یکی از حالت‌های زنده یا مرده ببینیم. تفسیر کپنهاگی مکانیک کوانتومی می‌گوید یک شی کوانتومی مانند یک اتم، تا زمانی که مشاهده نشود، ویژگی‌های تعریف‌شده‌ای ندارد. اروین شرودینگر، آزمایش فکری گربه شرودینگر را در پاسخ به این دیدگاه مطرح کرد.

توضیحی که در بالا در مورد این آزمایش، مطرح کردیم، چیزی است که تمام مردم شنیده‌اند، اما داستان به این سادگی‌ها نیست: در سال ۱۹۷۴، محققان پرسیدند آیا طول عمر یک سیستم ناپایدار به عمل اندازه‌گیری بستگی دارد؟ آیا اگر هزاران بار در ثانیه، زیرچشمی به جعبه نگاه کنیم، می‌توانیم این انتخاب شوم را به تاخیر بیندازیم یا آن را تسریع کنیم؟ تاخیر، به عنوان اثر زنو کوانتومی، و تسریع به عنوان اثر ضد زنو کوانتومی شناخته می‌شود. دانشمندان معتقدند اگر شما چشم از این سیستم برندارید، اتم‌ها هیچگاه دچار واپاشی نخواهند شد! اثر زنو کوانتومی در سال ۱۹۸۹ در آزمایشی که توسط موسسه استانداردهای آمریکا انجام شد، به اثبات رسید و از یک فرضیه به یک واقعیت انکار‌ناپذیر تبدیل شد. دقیقا یک دهه بعد، اثر ضد زنوی کوانتومی پیشنهاد شد: اندازه‌گیری مکرر یک اتم رادیواکتیو می‌تواند واپاشی آن را تسریع کند، بسته به اینکه چگونه این اندازه‌گیری انجام شود. حالا یک پرسش مهم و اساسی پیش می‌آید: اندازه‌گیری به چه معناست؟

برای اندازه‌گیری چیزی مانند یک اتم رادیواکتیو، تداخلی با سیستم رخ داده و در نتیجه، اطلاعاتی در مورد آن بدست می‌آید، یعنی تقلیل تابع موج و از بین رفتن برهم نهی حالتهای کوانتومی رخ می‌دهد. اما آیا این تقلیل، دلیل اثر زنوی کوانتومی است؟ آیا تاخیر یا تسریع واپاشی یک اتم رادیواکتیو بدون تقلیل تابع موج هم می‌تواند رخ دهد؟ این چیزی است که دانشمندان دانشگاه واشنگتن در پژوهش جدیدشان، پاسخش را یافته‌اند.

آنها برای اینکه بفهمند در پشت صحنه اثرات زنو کوانتومی ، انتقال اطلاعات وجود دارد یا نه، از سیستمی (یک کیوبیت یا اتم مصنوعی) که درست مانند یک اتم با چند حالت انرژی رفتار می‌کند، استفاده کردند. به کمک این اتم مصنوعی می‌توان فهمید که حالت‌های انرژی یا حالت‌های الکترومغناطیسی دلیل اثرات زنو کوانتومی هستند یا خیر. از آنجایی که سرعت واپاشی اتمی به چگالی حالت‌های ممکن انرژی یا حالت‌های الکترومغناطیسی بستگی دارد، تعداد حالت‌های بیشتر، یعنی تعداد راه‌های بیشتر برای واپاشی و در نتیجه، واپاشی سریع‌تر. در واقع دانشمندان، تعداد حالت‌های اتم مصنوعی خود را، قبل از اندازه‌گیری استاندارد، دستکاری کرده و در نتیجه سرعت واپاشی را، کم یا زیاد کردند. این برای اولین بار بود که هر دو اثر زنو کوانتومی در یک سیستم، اندازه‌گیری شد.

در واقع، دانشمندان برای اینکه بفهمند «مشاهده» یا «تداخل»، عامل پیدایش اثرات زنو کوانتومی است، یک «شبه اندازه گیری» انجام دادند، یعنی بدون تقلیل تابع موج، در سیستم دخالت کردند. آنها دریافتند که شبه اندازه گیری هم درست مانند اندازه گیری باعث رخ دادن اثرات زنو کوانتومی می‌شود، در نتیجه این، اختلال عمل اندازه‌گرفنن است که باعث اثرات زنو می‌شود و نه خود اندازه‌گیری. دانستن این نکته می‌تواند منجر به پیدایش راه‌های جدیدی برای کنترل سیستم‌های کوانتومی با استفاده از دینامیک زنو شود. حالا چطور این واقعیت را در مورد گربه شرودینگر به کار بیریم؟ اگر ما گربه را چک کنیم، ساعت واپاشی اتم را از نو راه‌ انداخته‌ایم و در نتیجه باعث می‌شویم گربه زنده بماند! بنابراین از آنجایی که اثرات زنو کوانتومی به دلیل اختلال و نه انتقال اطلاعات رخ می‌دهند، برای رخ دادن آنها لازم نیست در جعبه را باز کرده و گربه را ببینید، کافیست‌، آن را تکان دهید!

با اقتباس از: sciencealert و phys.org

مقاله اصلی را در زیر مشاهده کنید:

دانلود این مقاله

زاده‌ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم و تکنولوژی بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز و ماهنامه جی اس ام مشغول است.

گفتگو۲ دیدگاه

  1. مهدی ارشد بیوتک

    من تو این مقاله فکر کنم به سوالی که امشب از یکی از دوستان درباره سردرگمی دانشمندان به خاطر ثابت نبودن نیمه عمر و به هم ریختگی حاصل در عمر سنجی ها رسیده باشم تو اون برنامه به فیزیک کلاسیک به موضوع نگاه شده بود و نمی دونن آیا واقعا نیمه عمر ثابت هست یا نیست مشکل حل شد ممنون

ارسال نظر

*