دانشمندان به کمک سوییچ کوانتومی ثابت کردند می توان گذشته را با آینده جابه جا کرد!!

10

یکی از اصول بنیادی فلسفه، اصل علیت است که به واسطه ی آن، رویدادهای گذشته و آینده مشخص می شود. حالا کوانتوم، این اصل بنیادی را به چالش کشیده است. با دیپ لوک همراه باشید…

در برهم نهی کوانتومی، یک شی کوانتومی می تواند به طور همزمان در دو حالت ناسازگار قرار داشته باشد، پدیده ای که اکثر ما آن را با ماجرای گربه ی شرودینگر می شناسیم: گربه ای که در آن واحد، هم زنده است و هم مرده! اما دانشمندان اخیراً در پژوهشی بسیار جذاب نشان دادند که برهم نهی نه تنها در مورد حالت های ناسازگار، بلکه در مورد ترتیب رخ دادن فرآیندها نیز می تواند وجود داشته باشد (برای درک بهتر حالت های ناسازگار به بخش پرسش و پاسخ مراجعه کنید). اجازه دهید قضیه را کمی روشن تر کنم: در تصور ما، سیر تاریخی رویدادها (ترتیب وقوع) مشخص و معین است، مثلاً رویداد A (مثلاًداغ شدن کتری) باعث رخ دادن رویداد (جوش آمدن آب) می شود. یعنی چیزی که همیشه برای ما واضح بوده  و تغییر نمی کند این است که داغ شدن کتری، رویداد اولی است و جوش آمدن آب درون کتری، رویداد دوم است و نه بالعکس. اما پژوهش جدید نشان می دهد  زیاد نباید به این شهود، اهمیت داد! چرا که ترتیب رویدادها هم می تواند دستخوش برهم نهی شود! نتیحه این می شود که رویداد A (گرم کردن کتری) می تواند هم پس از رویداد B (جوش آمدن آب) رخ دهد و هم قبل از آن! (البته توجه کنید که این فقط یک مثال کلاسیکی بود) بنابراین درنظر گرفتن یک ترتیب خاص برای این دو رویداد، اشتباه محض است! این نوع از برهم نهی،(یعنی برهم نهی در ترتیب رخ دادن رویدادها)، تفکیک ناپذیری علیتی نامیده می شود. اگر کمی به این نام دقت کنید، خیلی خوب می توانید مفهوم آن را درک کنید. از آنجایی که ترتیب رخ دادن رویدادها ناشی از رابطه ی علت و معلولی است (یعنی علت، پدیده ی اولیه ای است که معلول یا همان پدیده ی دوم را باعث می شود) و در برهم نهی این ترتیب، قابل تفکیک نیست، آن را تفکیک ناپذیری علیتی نامیده اند.

چیزی که همه ی ما در زندگی روزمره، تجربه کرده ایم، همین رابطه ی علت و معلولی (یا ترتیب خاصی برای رخ دادن وقایع) است، اما آگاهی از اینکه طبیعت اینگونه رفتار نمی کند، ممکن است ما را نگران کند، چرا که در این حالت ما نمی توانیم علت و معلول و ترتیب رخ دادن رویدادها را مشخص کنیم. تاکنون تفسیر فیزیکی واضحی برای “تفکیک ناپذیری علیتی” ارائه نشده بود، اما در مقاله ی جدیدی که در ژورنال  New Journal of Physics منتشر شد، محققان، تفکیک ناپذیری علیتی را در قالب یک آزمون ثابت کردند.

سوییچ کوانتومی

آزمایشی که محققان در آن، تفکیک ناپذیر علیتی را ثابت کردند، سوییچ کوانتومی نامیده می شود. این آزمایش، شبیه به آزمایش های درهم تنیدگی کوانتومی است، چرا که در هر دو نوع آزمایش، در صورت انجام عمل ها به روش کلاسیکی (یعنی حالت های تفکیک پذیر علیتی یا در همتنیده نشده)، محدوده ی معینی از مقادیر تولید می شوند، در حالیکه اگر به شیوه ی کوانتومی اجرا شوند (حالت های تفکیک ناپذیر علیتی و در هم تنیده)، محدوده ی متفاوتی از مقادیر را تولید می کند.

یک نکته ی بسیار ظریف وجود دارد: تفکیک ناپذیری علیتی سوییچ کوانتومی (یعنی معین نبودن ترتیب اعمال مختلف)، همه ی نامساوی های علیتی را نقض نمی کند. (رویدادی در گذشته باعث رویدادی در آینده شود)، چرا که در سوییچ کوانتومی، گذشته یا آینده ی معینی وجود ندارد: یعنی ترتیبی در مورد رخ دادن رویدادها وجود ندارد. اگرچه سوییچ کوانتومی هیچ نامساوی علیتی را نقض نمی کند، اما هنوز یک سوال بسیار بزرگ، بدون پاسخ باقی می ماند: آیا می توان فرآیندی فیزیکی و آزمایشگاهی را پیدا کرد که در آن، تفکیک ناپذیری علیتی رخ دهد؟

محاسبه ی تفکیک ناپذیری علیتی

تحقیقات نشان می دهد که سوییچ کوانتومی نسبت به روش های تفکیک پذیر علیتی استاندارد، مزایای محاسباتی بسیار بیشتری دارد و از این رو در محاسبات کوانتومی، حائز اهمیت است. کامپیوترهای کوانتومی (یا هر دستگاهی که وظیفه ی پردازش اطلاعات کوانتومی را بر عهده دارد) فرض می کند که رویدادها با یک ترتیب معین انجام می شوند. بنابراین تمام محاسبات و پردازش هایی که کامپیوترهای کوانتومی انجام می دهند با تکیه بر تفکیک پذیری علیتی است. اما حالا که مکانیک کوانتوم، تفکیک ناپذیری علیتی را هم امکان پذیر کرده است، کامپیوترهای کوانتومی هم بهتر است از این پدیده استفاده کنند.

نمونه ای از این محاسبات، توسط یک فیزیکدان به نام Giulio Chiribella پیشنهاد شد. در این آزمایش، باید رویداد A را یکبار قبل از B، و یکبار بعد از B انجام داده و سپس به این سوال پاسخ دهید: آیا نتیجه ی این دو آزمایش، یکسان است؟ اگر نتیجه آنها، یکسان بود، این دو عمل، جابه جایی پذیرند. (از نظر ریاضی این آزمایش با استفاده از دو اپراتور A و B انجام می شود و در صورت جابه جاپذیر بودن این دو عملگر داریم: AB-BA=0). برای پاسخگویی به سوال بالا، یک فرآیند تفکیک پذیر علیتی باید هر دو آزمایش A بعد از B و B بعد از A را انجام داده و نتایج را مقایسه کند. اما در فرآیند تفکیک ناپدیر علیتی (مانند سوییچ کوانتومی) هر دو آزمایش به طور همزمان انجام می شود: یعنی کامپیوتری که از تفکیک ناپذیری علیتی استفاده می کند می تواند محاسبه را با استفاده از برهم نهی کوانتومی و فقط در یک مرحله حل کند. در نتیجه، نه تنها فرآیند تفکیک ناپذیر، کارآمدتر است، بلکه در برخی موارد می تواند تنها راه برای حل مسئله باشد، مثلا  در جعبه سیاه هایی (black boxs) که برای انجام عمل های کوانتومی وجود دارند، ممکن است با انجام یک عمل، حالت های مختلف از بین رفته و خراب شوند، اما به کمک تفکیک ناپذیری علیتی می توان آنها را بدون تخریب، اندازه گرفت. قدرت کامل تفکیک ناپذیری علیتی هنوز به طور کامل کشف نشده و به همین دلیل، انجام تحقیقات در این زمینه، بسیار هیجان انگیز و رو به پیشرفت است!

با اقتباس از: phys.org

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۱۰ دیدگاه

  1. سلامی دوباره به شما دوست گرامی
    چقدر فیزیک جالبه!!!
    راستش من باید یه مطلبی رو بگم(با این علم ناقصی که دارم)
    علت و معلول همیشه نباید از نظر زمانی از هم اختلاف داشته باشن. بلکه از نظر رُتبی هم داریم.
    آیت الله جوادی عاملی مثال خوبی دارند:
    ۱- شما وقتی که با کلیدی ، دارید قفلی را باز میکنید، آیا علت چرخیدن قفل، کلید است؟
    جواب : بله
    ۲- علت چرخیدن کلید چیست؟
    جواب: چرخیدن دست
    ۳- علت چرخیدن دست چیست؟
    جواب: فرمان مغز
    و…
    آیا این علت ها، از نظر زمانی با هم فاصله دارند؟
    نه!!
    درسته که هرکدام ، علت معلول پایین تر از خود است، ولی دارند به طور همزمان انجام میشوند.
    پس در این آزمایش ها، نباید به دنبال فقط اختلاف زمانی باشند. (هدف باید اصلاح بشه)

    پ.ن: ممنون از بروز بودن سایت و مطالب جالبتون!!

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست عزیز اولا کل کامنت شما به خاطر مقایسه ی مسائل فقهی با علم تجربی مثل کوانتوم کاملاً اشتباه هست و شما کوانتوم رو با مسائل کلاسیکی قاطی کردین، دوماً اگه بخوایم از دید علمی به این قضیه نگاه کنیم، این علت ها کاملاً از نظر زمانی با هم اختلاف دارن! جناب جوادی منظورشون در همون علوم فقهی و غیرعلمی بوده، نه در دنیای کوانتومی که مقیاس زمانی تا نانوثانیه رسیده! پس شما باید نگاهتون رو کوانتومی کنین و هر چیزی رو در این علم وارد نکنین.

      • درسته مثالی که زدم اشتباه هست. چون علتها تقدم زمانی دارن. بله . حق با شماست.
        ولی این ربطی به فقه نداره. علوم فلسفی هست. یعنی علم عقل…
        قانون “علت و معلول” مربوط به علوم عقلی مثل فلسفه میشه.
        که در همه علوم جاداره.
        ولی برای موردی که گفتم(تقدم زمانی و تقدم رتبی) باید یا مثالم رو اصلاح کنم یا اینکه نظر اقای جوادی رد میشه.

  2. ناصر افضلی فر

    با سلام وتشکر بابت اطلاع رسانی در مورد تازه های کوانتوم دوستان عزیز توجه دارند که در زندگی روز مره غالبا فضای فیزیک کلاسیک ملموس تر است وبرای درک مفاهیم کوانتوم تسلط نسبی بر اصول موضوعه آن ما را در درک مناسب تر از تحقیقات کوانتوم کمک می کند امیدوارم که در آینده با حضور صاحب نظران فیزیکدان وفلاسفه علم بیشتر در مورد زوایای فلسفی وفیزیکی کشف های تازه کوانتوم مکانیک بحث شود

    • ناهید سادات ریاحی

      توی کامنت بالا، یه توضیح مختصر دادم. امیدوارم متوجه شده باشید. در ضمن قبل از مطالعه ی مقالات، توصیه میکنم کلاس های درس کوانتومی دیپ لوک رو هم مطالعه کنید تا مفاهیم بنیادی کوانتومی رو بهتر متوجه بشین. –>> مجموعه کلاس های درس کوانتومی

    • ناهید سادات ریاحی

      خلاصه ی مطلب اینه که در کوانتوم شما نمی تونید با قطعیت بگین کدوم رویداد اول رخ میده و کدوم رویداد دوم. مثلا توی همین مثال کتری که توی مقاله زده شده، توی دنیای کلاسیکی میدونیم تا کتری داغ نشه آبی جوش نمیاد. یعنی اول داغ شدن کتری هست و بعد جوش اومدن آب. اما در کوانتوم ممکنه عکس این اتفاق بیفته: یعنی اول آب کتری جوش بیاد، بعد کتری داغ بشه!! یا اصن هر دو همزمان باشن. پس نمیتونیم تشخیص بدیم که کدوم رویداد، علت دیگری بوده! به این میگن تفکیک ناپذیری علیتی.

  3. با سلام مفهوم علیت در فلسفه از آغاز تفکر بشر دستخوش تغییراتی شگرف شده و فهم آن مستلزم مطالعه وسیع در این وادی می باشد بیان شیخ مزبور مبتنی بر منطق قدیم است که هر گزاره را به سه جزء (موضوع، محمول و نسبت) تحلیل می کند اما همان طو ر که فرگه و اخلاف او متوجه شدند این منطق تا جائی رهگشا است و از جائی به بعد کم می آورد. (برای بحث مفصل تر ر.ک به درآمدی بر منطق جدید دکتر ضیاء موحد.)
    عرض من اینست که بحث را از فلسفه به ریاضیات بکشانیم تا نه تنها این ابهامات رفع شود حتی با تلاشی مضاعف این پدیده را هم فرموله کرد. البته این امرنیازمند تلاش نفس گیر یک متخصص در جبر مجرد است این مسأله تز بسیار جذابی برای مطالعه و تعقل محض(علی رغم طبیعت تجربی آن) می باشد هر چند داده ها ی موجود کفایت امر نمی کنند و احتیاج به زمان و کسب اطلاعات بیشتر احساس می شود به عنوان هیوریستیکمی توان پیشنهاد یک جبر نا جابجائی به طوریکه تحت شرایطی به یک جبر جابجائی تبدیل می شود را داد. تسلط شما بر مکانیک کوانتمی واز آن مهم تر بیان ساده ی شما ستودنی است.

ارسال نظر


*