ناموضعیت و بافتاریت کوانتومی هیچگاه با یکدیگر ظاهر نخواهند شد!

قبلا فیزیکدانان به طور نظری نشان داده بودند که ناموضعیت و بافتاریت نمی توانند به طور همزمان در یک سیستم کوانتومی وجود داشته باشند، حالا این نتیجه به طور آزمایشگاهی تایید شده است. با دیپ لوک همراه باشید… ناموضعیت و بافتاریت ، دو ویژگی مهمی هستند که دنیای کوانتومی را از دنیای کلاسیکی متمایز می کنند. در واقع این دو مفهوم، شکل متفاوتی از یک مفهوم بنیادی تر، یعنی فرض واقع گرایی (realism) هستند. فرض واقع گرایی نشان می دهد که جهان فیزیکی به صورت مستقل از مشاهدات ما، وجود داشته و عمل مشاهده، آن را تغییر نمی دهد. اکنون فیزیکدانان در مقاله ی تازه ای و برای اولین بار به طور آزمایشگاهی تایید کرده اند که این دو مفهوم بنیادی مکانیک کوانتومی، هیچکاه با یکدیگر ظاهر نمی شوند. این پژوهش در مقاله ای تحت عنوان ناموضعیت-بافتاریت در ژورنال Physical Review Letters منتشر شد.

ناموضعیت و بافتاریت کوانتومی

مفهوم ناموضعیت (nonlocality) بدان معناست که در دنیای کوانتومی، ذرات کوانتومی حتی با وجود دور بودن، می توانند بر یکدیگر تاثیر بگذارند (برخلاف دنیای ماکروسکوپی که یک شی فقط تحت تاثیر اشیای نزدیکش (موضعیت) قرار می گیرد). شاید به همین دلیل است که در اکثر موارد، ناموضعیت کوانتومی با مفهوم درهم تنیدگی کوانتومی (entanglement)، یکسان در نظر گرفته می شود، در حالیکه این دو مفهوم، تفاوت اندکی با یکدیگر دارند. در واقع یک حالت دو بخشی کوانتومی، برای ایجاد ناموضعیت باید درهم تنیده شود، اما حالت های در هم تنیده ای وجود دارند که چنین ناموضعیتی را ایجاد نمی کنند که مشهورترین مثال در این مورد، حالت های ورنر (werner states) است.

مفهوم بافتاریت (contextuality) یا به تعبیری “زمینه گرایی” را نیز چنین می توان توضیح داد: زمانیکه یک اندازه گیری را در دنیای ماکروسکوپی انجام می دهیم، نتیجه به سایر اندازه گیری های مستقلی که به صورت همزمان انجام می شود، بستگی ندارد (غیربافتاری)، اما در دنیای کوانتومی، سیستم های کوانتومی، دارای مقادیر از قبل تعیین شده ای نیستند، بلکه مقدار آنها به چگونگی اندازه گیری های ما بستگی دارد.

برای نشان دادن اینکه یک سیستم کوانتومی، ناموضعی یا بافتاری است، فیزیکدانان از برهان خلف بهره گرفته اند. آنها نامساوی هایی تعریف می کنند که فرض می کند یک سیستم، موضعی یا غیربافتاری است. سپس آزمایش هایی انجام می دهند تا  این نامساوی ها را نقض کنند. تاکنون این دو نوع نامساوی، به صورت همزمان، آزمایش نشده بودند.

روش آزمایش

در پژوهش جدید، محققان تلاش کردند تا هر دو نامساوی را به طور همزمان، نقض کنند. اما آنها دریافتند که  در یک زمان واحد، تنها می توان یک نامساوی را  نقض کرد. فیزیکدانان برای انجام این آزمایش، از فوتون های درهم تنیده ای برای تولید سیستم های کیوتریت-کیوبیت فوتونیکی استفاده کردند. (یک کیوبیت، حاصل برهم نهی دو حالت است، در حالیکه یک کیوتریت، از برهم نهی سه حالت بدست می آید). با انجام اندازه گیری های متفاوت روی این فوتون ها، محققان توانستند هر یک از دو نامساوی را به طور جداگانه (و نه به طور همزمان) نقض کنند.

مهم ترین دستاورد این پژوهش، فراهم کردن یک شاهد آزمایشگاهی برای این فرض است که ناموضعیت و بافتاریت ، دو نمود متفاوت از یک مفهوم یکسان هستند، به زبان ساده تر، آنها دو روی یک سکه اند که این سکه، واقع گرایی نام دارد. به همین دلیل، یکی از آنها می تواند به دیگری تبدیل شود، اما هر دو نمی توانند به طور همزمان وجود داشته باشند، زیرا این دو در واقع چیز یکسانی هستند (همانطور که در مورد پرتاب یک سکه، شیر و خط نمی توانند به طور همزمان بدست آیند)

دانشمندان تصور می کنند که زوج ناموضعیت-بافتاریت، وجود یک منبع کوانتومی را نشان می دهد که درهم تنیدگی، فقط یک شکل خاص آن است. در یک سیستم کوانتومی، تنها یکی از دو نامساوی می تواند نقض شود، زیرا در صورت نقض کردن یکی، چیز دیگری برای نقض کردن باقی نمی ماند! محققان امیدوارند این آزمایش جدید، درهای تازه ای را برای کشف مفاهیم دو جانبه ی تازه، باز کند. آنها تلاش می کنند تا بافتاریت را به عنوان منبع پردازش اطلاعات در محاسبات کوانتومی، استفاده کنند.

برگرفته از: APS

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF