آیا تله پورت، این رویای جاه‌طلبانه‌ی بشر ممکن است؟ بله، در جهان کوانتومی! جان نیکول (John Nichol) و اندرو جردن (Andrew Jordan) در حال اکتشاف روش‌های جدید ایجاد برهمکنش‌های کوانتومی بین الکترون‌های دور هستند که پیشرفت‌های اساسی در محاسبات کوانتومی را نوید می‌دهد. با دیپ لوک همراه باشید…
“Beam me up”یا «بتاب سمت من»، یکی از مشهورترین تکیه‌کلام‌های سریال پیشتازان فضا (Star Trek) است. این دستور هنگامی صادر می‌شود که یک شخصیت می‌خواهد از یک مکان دور افتاده به سفینه فضایی اینترپرایز برود. در حالی که تله پورت انسان فقط در داستان‌های علمی تخیلی وجود دارد، تله پورت در دنیای زیراتمی مکانیک کوانتومی (البته نه به شکلی که معمولا در تلویزیون نمایش داده می‌شود) امکان‌پذیر است. تله پورت در دنیای کوانتومی، شامل انتقال اطلاعات می‌شود و نه انتقال ماده.
سال گذشته دانشمندان تایید کردند که این اطلاعات حتی وقتی فوتون‌ها به لحاظ فیزیکی با هم پیوندی هم نداشته باشند، می‌تواند بین فوتون‌های روی تراشه‌های کامپیوتری عبور کند. اکنون طبق تحقیقات جدید دانشگاه راچستر و دانشگاه پردو، تله پورت یا انتقال از راه دور ممکن است بین الکترون‌ها نیز امکان‌پذیر باشد.
در مقالاتی که در مجله Nature Communications و Physical Review X منتشر شده‌اند، محققان از جمله جان نیکول استادیار فیزیک راچستر و اندرو جردن استاد فیزیک راچستر، روش‌های جدیدی برای ایجاد برهمکنش‌های کوانتومی-مکانیکی بین الکترون‌های دور از یکدیگر کشف کردند. این تحقیق گام مهمی در بهبود محاسبات کوانتومی است که به نوبه خود با ارائه پردازنده‌ها و حسگرهای سریع‌تر و کارآمدتر، می‌تواند منجر به انقلابی در فناوری، پزشکی و علوم شود.
کنش شبح‌وار از راه دور
تله پورت کوانتومی نمایشی از چیزی است که آلبرت اینشتین از آن به عنوان «کنش شبح وار در فاصله» یاد کرد و به درهم تنیدگی کوانتومی معروف است. در درهم تنیدگی، خواص یک ذره روی خواص ذره دیگر تأثیر می‌گذارد، حتی وقتی ذرات خیلی از هم دور باشند. تله پورت کوانتومی شامل دو ذره درهم تنیده دور است که در آن، حالت یک ذره سوم، فورا حالت خود را به دو ذره درهم تنیده «تله پورت» می‌کند یا انتقال می‌دهد.
تله پورت کوانتومی مفهوم مهمی برای انتقال اطلاعات در محاسبات کوانتومی است. در حالی که یک کامپیوتر معمولی از میلیاردها ترانزیستور به نام بیت تشکیل شده است، کامپیوترهای کوانتومی اطلاعات را در بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها رمزنگاری می‌کنند. بیت یک مقدار دودویی دارد که می‌تواند «صفر» یا «یک» باشد، اما کیوبیت‌ها می‌توانند همزمان «صفر» و «یک» باشند. توانایی کوبیت‌های منفرد برای اشغال همزمان چندین حالت، نشانگر قدرت بالقوه بسیار در کامپیوترهای کوانتومی است.
دانشمندان اخیرا تله پورت کوانتومی را با استفاده از فوتون‌های الکترومغناطیسی ثابت کرده‌اند تا جفت کیوبیت‌های در هم تنیده از راه دور بسازند. با این حال کیوبیت‌های ساخته شده از الکترون‌های منفرد نیز برای انتقال اطلاعات در نیمه رساناها نویدبخش هستند. نیکول می‌گوید:
الکترون‌های منفرد، کیوبیت‌های نویدبخشی هستند، زیرا خیلی ساده با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و کیوبیت‌های الکترون منفرد در نیمه رساناها نیز مقیاس‌پذیر هستند. ایجاد اطمینان متقابل در برهمکنش‌های با مسافت زیاد بین الکترون‌ها در محاسبات کوانتومی ضروری است.
ساخت جفت‌های درهم تنیده کیوبیت‌های الکترونی با مسافت‌های طولانی که برای تله پورت کوانتومی نیاز است، بسیار چالش برانگیز است: در حالی که فوتون‌ها به طور طبیعی در مسافت‌های طولانی منتشر می‌شوند، معمولا الکترون‌ها در یک مکان محدود می‌شوند.
تله پورت کوانتومی با جفت الکترون درهم تنیده
محققان اخیرا به منظور اثبات تله پورت کوانتومی با استفاده از الکترون‌ها، از یک تکنیک توسعه‌یافته براساس اصول جفت شدگی تبادل هایزنبرگ استفاده کردند. یک الکترون منفرد مانند یک آهنربای میله‌ای (دارای قطب شمال و قطب جنوب) می‌تواند به سمت بالا یا پایین اشاره کند. جهت قطب آن، به عنوان گشتاور مغناطیسی الکترون یا حالت اسپین کوانتومی الکترون شناخته می‌شود. اگر انواع خاصی از ذرات، گشتاور مغناطیسی یکسانی داشته باشند، در یک زمان نمی‌توانند در یک مکان باشند. یعنی دو الکترون در یک حالت کوانتومی یکسان نمی‌توانند بر روی یکدیگر قرار بگیرند. اگر اینطور می‌شد، حالت‌های دو الکترون همزمان باهم عوض می‌شدند. محققان از این تکنیک برای توزیع جفت الکترون‌های درهم تنیده و تله پورت حالت‌های اسپینی‌شان استفاده کردند. نیکول می‌گوید:
ما برای تبادل درهم تنیدگی شواهدی ارائه می‌دهیم که در آن، بین دو الکترون در هم تنیدگی ایجاد می‌کنیم، حتی اگر ذرات هیچگاه با یکدیگر برهمکنش نداشته باشند و «تله پورت گیت کوانتومی»، یک تکنیک بالقوه مفید برای محاسبات کوانتومی با استفاده از تله پورت است. این کار ما نشان می‌دهد که تله پورت کوانتومی حتی بدون فوتون‌ها نیز می‌تواند انجام شود.
این نتایج راه را برای تحقیقات آینده در مورد تله پورت کوانتومی شامل حالت‌های اسپینی تمام ماده، نه فقط فوتون‌ها فراهم می‌کند و شواهد بیشتری در مورد قابلیت‌های شگفت‌انگیز الکترون‌های منفرد در نیمه رساناهای کیوبیت ارائه می‌دهد.
گفتگو۸ دیدگاه
سلام خانم محمدی اکبری ببخشید من دو تا سوال داشتم..یکی از سوال هام اینه که آیا جهان های عجیب تر و کوچکتر از جهان کوانتومی هم ممکنه وجود داشته باشه؟! و سوال دیگه اینه که آیا ممکنه در بعضی از جهان های موازی یا حبابی دیگر، قوانین فیزیک غیر از دو قوانین مکانیک و کلاسیک جهان ما باشند ؟! کمی توضیح دهید لطفا…با تشکر.
سلام عذرخواهی می کنم بابت پاسخ دیرهنگامم. سوالی که شما پرسیدید می تونه همونطور که مطرح کردنش انتزاعی و اثبات نشده باشه، جوابش هم انتزاعی باشه اما از نظر من جهانی که ما الان می شناسیم با وجود کمترین اطلاعاتی که ازش داریم می تونیم انتظار هرچیزی رو ازش داشته باشیم چه بسا فیزیکی کلا جدید یا شاید هم یک فیزیک کامل (هم کوانتوم رو پوشش بده هم مکانیک) من فکر می کنم علم محدود ماست که مارو به اینجا کشونده و باید منتظر آینده باشیم تا از وجود جهان های دیگه و البته فیزیک های دیگه مطلع بشیم.
ببخشید منظور من در سوال دوم از ‘مکانیک’ ، مکانیک کوانتوم بود.
شما گفتید که کیو بیت همزمان هم می تواند ۰و هم ۱ باشد در صورتی که بیت یا ۰ یا ۱ باشد، آیا می توان گفت که کیوبیت به دلیل سرعت بالا اتفاق می افتد؟ منظورم این است که اگر سرعت را در مدل کیوبیت بسیار کند کنیم به مدل بیت می رسیم.
خیر، علت وجود کیوبیت، برهم نهی کوانتومی است و این مسئله هیچ ارتباطی به سرعت بالا ندارد.
سلام به خانم ریاحی و خسته نباشید به همه ی دوستان، خانم ریاحی لطفا جواب سوال منو بدید و با کمی توضیح ساده..یک دنیا ممنون
دوست عزیز جهان تا کوچکترین ذراتی (یعنی ذرات بنیادی) که بشر تونسته با بضاعت آزمایشگاهی کنونیش از وجود اونها مطلع بشه، از نظریه میدان‌های کوانتومی پیروی می‌کنند. با این حال، نظریه‌هایی مثل نظریه ریسمان که حتی ذرات بنیادی رو هم رشته‌هایی مرتعش می‌دونند، هنوز از نظر آزمایشگاهی تایید نشدن. وجود جهان‌های کوچک یا عجیب دیگه، فعلا فقط میتونه یک حدس علمی-تخیلی باشه.
همانطور که ناهید جان مطرح کردند این امکان پذیر نیست چون ماهیتی که بیت داره کاملا با کیوبیت فرق داره، شاید بتونیم توی دنیاهای متفاوتشون فقط تناظرهایی رو برقرار کنیم اما از چیزی به چیز دیگه توی یک دنیای دیگه غیرممکنه.