درهم تنیدگی گربه شرودینگر : آزمایشی جدید با درآمیختن عجیب ترین مفاهیم کوانتومی

0

فیزیکدانان دانشگاه یاله ی آمریکا موفق شدند با درهم تنیدگی گربه شرودینگر ،نوع بسیار جالب تری از آزمایش اصلی را انجام دهند. نتیجه ی این آزمایش، در محاسبات کوانتومی، بسیار تاثیرگذار خواهد بود. با دیپ لوک همراه باشید…

آزمایش فکری گربه ی شرودینگر، یکی از مشهورترین پارادوکس های کوانتومی است. همانطور که بارها گفته ایم، شالوده ی این آزمایش فکری، اصل برهم نهی کوانتومی است که طی آن یک شی کوانتومی، می تواند به طور همزمان در دو حالت کوانتومی متفاوت قرار داشته باشد. داستان از این قرار است که یک گربه ی بینوا در یک جعبه ی مهرو موم شده قرار داده می شود. در این جعبه، منبعی از یک ماده ی رادیواکتیو و همچنین یک ماده ی سمی وجود دارد. آزمایش به گونه ای طراحی شده که با واپاشی ماده ی رادیواکتیو، سم، آزاد می شود. فیزیک کوانتوم، می گوید تا زمانیکه کسی در جعبه را باز نکند، گربه به طور همزمان در دو حالت مرده و زنده قرار دارد (برهم نهی کوانتومی)؛ اما به محض اینکه در جعبه، باز شود، این برهم نهی از بین رفته و یک حالت کوانتومی (مرده یا زنده) دیده خواهد شد. این آزمایش فکری در سال ۱۹۳۵ و توسط یکی از پدران نظریه ی کوانتومی، یعنی اروین شرودینگر اتریشی مطرح شد و تاکنون برای شبیه سازی آن در آزمایشگاهها، تلاس زیادی شده است و حالا دیگر دانشمندان قادرند یک پاکت نوری متشکل از صدها ذره را به طور همزمان در دو حالت کاملا متفاوت قرار دهند.

تیمی از فیزیکدانان یاله، نوع عجیب تری از آزمایش گربه ی شرودینگر را انجام دادند که در واقع علاوه بر برهم نهی کوانتومی، مفهوم جالب دیگری، یعنی درهم تنیدگی را هم درگیر می کند. در واقع آنها درهم تنیدگی گربه شرودینگر را عملی کردند. این آزمایش، حدود ۲۰ سال پیش، پیشنهاد شده بود. این گربه، به طور همزمان در دو جعبه، هم زنده و هم مرده است. همانطور که میدانید درهم تنیدگی، به معنی وابستگی رفتاری دو ذره ی کوانتومی است که دور از هم قرار دارند، به عبارت دیگر، حالت کوانتومی این دو ذره به طور همزمان، عوض می شود. اینشتین این رفتار را حرکت شبح وار در فواصل دور نامید. حالا اگر این مفهوم را در آزمایش گربه ی شرودینگر وارد کنیم، حالت کوانتومی گربه (به طور همزمان زنده یا مرده بودن آن) به طور همزمان در هر دو جعبه وجود خواهد داشت!

محققان یاله، برای درهم تنیدگی گربه شرودینگر ، دستگاهی متشکل از دو حفره ی میکروویو سه بعدی و یک ورودی کنترل کننده ساختند که از طریق یک اتم ابررسانای مصنوعی، به یکدیگر متصل بودند. آنها می گویند: ” این گربه ی هوشمند، فقط در یک جعبه قرار ندارد چرا که حالت کوانتومی، بین دو حفره، مشترک است و نمی تواند به طور جداگانه توصیف شود (یعنی در هم تنیده است و در نتیجه تابع موج مشترکی دارد). به عبارت دیگر، ما دو گربه ی کوچک داریم که هر یک در یک جعبه قرار دارند و درهم تنیده هستند”. نتیجه ی این پژوهش در ژورنال معتبر Science منتشر شد.

این آزمایش برای محاسبات کوانتومی، بسیار حائز اهمیت است. یک کامپیوتر کوانتومی، می تواند مسائل معینی را با بهره گیری از اصل برهم نهی و درهم تنیدگی، بسیار سریع تر از کامپیوترهای کلاسیکی انجام دهد. یکی از مشکلات عمده ی توسعه ی کامپیوترهای کوانتومی، چگونگی تصحیح خطاها بدون مختل کردن اطلاعات است. (زیرا فرآیند اندازه گیری، باعث اختلال در حالت کوانتومی و از بین رفتن برهم نهی می شود). در این آزمایش، حالت های گربه برای ذخیره سازی اطلاعات و تصحیح خطای کوانتومی، به کار می رود. درهم تنیدگی گربه شرودینگر ، نخستین گام به سوی عملکرد منطقی بین دو بیت کوانتومی و تصحیح خطا است. با بیش از یک دهه پیشرفت در معماری الکترودینامیک کوانتومی مدار (cQED)، انجام این پژوهش، امکان پذیر شده است. محققان یاله، ویژگی های جدیدی از جمله حفره های سه بعدی استوانه ای با زمان ذخیره سازی در حد میلی ثانیه در مدارهای ابررسانا را به ارمغان آوردند. در واقع آنها جدیدترین تکنولوژی های کوانتومی را در این پژوهش مورد استفاده قرار دادند.

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

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.

ارسال نظر


*