Real Time Web Analytics ظهور درهم تنیدگی کوانتومی از سیاهچاله‌‌‌های کیهان تا ابرسیال هلیوم! | دیپ لوک

ظهور درهم تنیدگی کوانتومی از سیاهچاله‌‌‌های کیهان تا ابرسیال هلیوم!

0

تیمی از دانشمندان کشف کرده‌اند که یک قانون که رفتار عجیب سیاهچاله‌ها را در فضا کنترل می‌کند، در مورد اتم‌های هلیوم سردی که در آزمایشگاه‌ها مطالعه می‌شوند هم صدق می‌کند! درهم تنیدگی کوانتومی ، هم در مقیاس کیهانی و هم در مقیاس کوانتومی، ظاهر می‌شود. این ظهور عجیب نشانگر درک عمیق‌تری از واقعیت است. نتیجه این پژوهش که در مجله Nature Physics منتشر شد، گام مهمی به سوی نظریه گرانش کوانتومی و رویکرد جدید و پیشرفته‌ای در محاسبات کوانتومی است. با دیپ لوک همراه باشید…

در دهه ۱۹۷۰، استیون هاوکینگ و ژاکوب بکشتاین، حقایق عجیبی در مورد سیاهچاله‌ها کشف کردند. آنها دریافتند وقتی ماده درون یکی از این چاله‌های بی‌انتهای فضایی می‌افتد،‌ مقداری اطلاعات ظاهر می‌شود که دانشمندان آن را انتروپی می‌نامند. سرعت ظهور این اطلاعات فقط به سرعت مساحت آن ناحیه،‌ بستگی دارد نه حجمش. مثلا فرض کنید اگر بخواهید تعداد کتاب‌های موجود در سطح یک کشو را بدانید، کافیست مساحت کشو را بدانید و نیازی به دانستن عمق آن ندارید.

دانشمندان پس از اینکه هلیوم فوق‌العاده سرد از حالت گازی به ابرسیال تبدیل شد، فیزیک آن را به‌طور بسیار دقیق، شبیه‌سازی کردند. اتم‌های هلیوم در دمای حدود دو درجه زیر کلوین، ماهیت دوگانه ذره-موج را از خود نشان می‌دهند. در این حالت، اتم‌های هلیوم دارای نوعی وابستگی می‌شوند، به‌طوری اتم‌های جداگانه را نمی‌توانیم مستقل از یکدیگر توصیف کنیم که به آن، درهم تنیدگی کوانتومی می‌گوییم.

دانشمندان با استفاده از دو ابرکامپیوتر، برهمکنش‌ شصت و چهار اتم هلیوم را در یک ابرسیال بررسی کردند. آنها دریافتند میزان اطلاعات کوانتومی درهم تنیده که بین دو ناحیه، به اشتراک گذاشته می‌شود (کره‌ای که از میان حجم کل ابرسیال‌، درنظر گرفته می‌شود)، با مساحت کره، مشخص می‌شود نه با حجمش. درست مانند یک هولوگراف که یک حجم سه بعدی به سطح دو بعدی‌، رمزگذاری می‌شود و این دقیقا همان چیزی است که در یک سیاهچاله هم اتفاق می‌افتد!

درهم تنیدگی کوانتومی
دانشمندان کشف کردند که کره‌ای از اتم‌های هلیوم سرد (رنگ سبز) با محیط پیرامون خودشان که از همان جنس هستند (رنگ آبی) از همان قانون عجیبی که در سیاه‌چاله‌ها صدق می‌کند، پیروی می‌کنند!

این ایده از اصلی به نام موضعیت، حدس زده شد، اما هیچگاه قبلا در یک آزمایش، مشاهده نشده بود. دانشمندان برای نخستین بار با استفاده از شبیه‌ سازی عددی تمام ویژگی‌های هلیوم، این کار را کردند و وجود قانون مساحت درهم تنیدگی را در یک مایع کوانتومی واقعی، ثابت کردند. ابرسیال هلیوم می‌توانست سوخت مهمی برای نسل جدیدی از کامپیوترهای کوانتومی باشد، اما برای استفاده از چنین پتانسیل پردازشی عظیمی، دانشمندان ابتدا باید چگونگی کارکرد آن را عمیق‌تر درک می‌کردند.

همسایه‌های شبح‌وار!

آلبرت اینشتین در دهه ۱۹۲۰، درهم تنیدگی کوانتومی را رفتار شبح وار از فاصله دور نامید. از آن زمان، درهم تنیدگی از طریق آزمایش‌های نظری و در آزمایشگاه‌های بسیاری، به اثبات رسیده است. یک جفت ذره‌‌ی درهم تنیده می توانند ارتباطی کوانتومی داشته باشند که به‌نظر می‌رسد حالت یکدیگر را به طور همزمان و حتی با وجود کیلومترها فاصله می‌فهمند. این بینش، دید کلاسیکی ما در مورد واقعیت را با یک دید کوانتومی عمیق‌تر ادغام می‌کند،. شکل تازه‌ای از اطلاعات به‌نام انتروپی درهم تنیدگی با میلیون‌ها حالت‌ محتمل (برهم نهی کوانتومی)، نامستقر شده و در یک سیستم، پخش می‌شوند (مانند گربه شرودینگر در دو حالت همزمان زنده و مرده). در واقع درهم تنیدگی کوانتومی، ضربه‌ای به اصل بالاترین حد سرعت عالم، یعنی سرعت نور وارد نمی‌کند، بلکه به ما هشدار می‌دهد تا درک ماکروسکوپی خود را از فضا و زمان، عمیق‌تر کنیم. درهم تنیدگی کوانتومی، اطلاعات غیرکلاسیکی است که بین بخش‌های یک حالت کوانتومی،‌ به اشتراک گذاشته می‌شود. درهم تنیدگی کوانتومی یکی از شاخص‌ترین ویژگی‌های مکانیک کوانتومی است که البته غریبه‌ترین مفهوم هم در دنیای کلاسیکی ماست.

درهم تنیدگی کوانتومی در سیستم‌های پیچیده با ذرات زیاد، به سختی اثبات شده است. مشاهده قانون مساحت درهم تنیدگی در این آزمایش، دانشمندان را به سمت مایعات کوانتومی مانند هلیوم ابرسیال رهمنون می‌کند. این مطالعه جدید نشان می‌دهد چگالی هلیوم ابرسیال، میزان درهم تنیدگی را تنظیم می‌کند. در نتیجه آزمایش‌ها و در نهایت، کامیپوترهای کوانتومی می‌توانند چگالی یک مایع کوانتومی را برای تنظیم درهم تنیدگی کوانتومی استفاده کنند.

شکار گرانش

این پژوهش جدید، در  حل مسائل بنیادی فیزیک، کاربرد دارد. تاکنون دانشمندان تلاش زیادی کرده‌اند تا گرانش را زیر چتر مکانیک کوانتومی بیاورند. اما نظریه‌پردازان همچنان به دنبال کشف ارتباطات بین این دو زوج جدایی طلب هستند و معتقدند کشف بیشتر ارتباطات به اتحاد آنها، کمک شایانی می‌کند. نظریه کلاسیکی ما در مورد گرانش، متکی به دانستن شکل یا هندسه فضا-زمان است، اما مکانیک کوانتومی می‌گوید ما نمی‌توانیم این شکل را با اطمینان بدانیم و مثل هیمشه پای عدم قطعیت‌ها درمیان است. پژوهش حاضر می‌هواند از طریق اصل هولوگرافیک بین گرانش و کوانتوم، ارتباط برقرار کند. در نتیجه مفاهیم عجیب دنیای سه بعدی می‌توانند به عنوان اطلاعات دو بعدی درآیند که هم در یک سیاه چاله عظیم الجثه کیهانی و هم در یک گودال میکروسکوپی ابرسیال هلیوم صدق می‌کند.

Download (PDF, Unknown)

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.

ارسال نظر

*