در آزمایش مشهور گربه شرودینگر بلافاصله پس از نگاه کردن به گربه داخل جعبه، ناظر متوجه خواهد شد که گربه زنده است یا مرده. در واقع ایده برهم‌نهی گربه‌ای که در هر دو حالت زنده و مرده وجود دارد، به دانشی تبدیل خواهد شد که گربه، یا زنده است یا مرده. آیا پس از نگاه کردن می‌توانیم وضعیت قبلی گربه را بدانیم؟ با دیپ لوک همراه باشید…
برهم‌نهی حالت‌ها اگرچه یکی از ویژگی‌های سیستم‌های کوانتومی است، ولی فقط مختص سیستم‌های کوانتومی نیست، مثلا نور و امواج الکترومغناطیسی نیز از این ویژگی برخوردارند. یک باریکه نور می‌تواند دارای قطبش خطی در راستای افقی یا عمودی و یا ترکیبی از هر دو راستا باشد. بنابراین باریکه نور کلاسیک از خود خاصیت برهم‌نهی نشان می‌دهد، اما آنچه که واقعا ویژگی منحصر بفرد و یکتای مکانیک کوانتومی است خصلت ناموضعی آن است. این خصلت ارتباط نزدیکی با درهم‌تنیدگی دارد و نشان می‌دهد که اندازهگیری یک ذره در یک نقطه می‌تواند خصلت‌های بالقوه‌ای که در یک ذره دوردست وجود دارد را به طور آنی تغییر دهد و آن را به فعلیت درآورد بدون این که هیچ‌گونه ارتباط عِلی با آن ذره داشته باشد. شما می‌توانید اسپین یک ذره را در یک نقطه اندازهگیری کنید و بلافاصله به صورت آنی اسپین یک ذره دیگر در کیلومترها آن‌طرف‌تر که تا قبل از اندازهگیری می‌توانست هر مقدار دلخواهی را اختیار کند، حالت مشخص و معینی به خود می‌گیرد. اندازه گیری شما از میان تمام حالت های احتمالی که یک ذره در کیلومترها آن‌طرف‌تر می‌توانست اختیار کند یکی را به صورت قطعی انتخاب می‌کند، بدون اینکه نور یا هیچ علامت دیگری فرصت کرده باشد در بین این دو اندازه گیری، فاصله بین دو ذره را طی کرده باشد.
یکی از مشکلات مفهومی بنیادی در مکانیک کوانتومی، نقش اندازه‌گیری‌ها در تعریف واقعیت فیزیکی است. در اصل فرض بر این بود که فرایند اندازهگیری می‌تواند با برهان‌های کلاسیک توصیف شود، به طوری که فرمول‌بندی فضای هیلبرت می‌تواند از نظر مفروضات مسلم در مورد اشیا فیزیکی در فضا و زمان توجیه شود. تمام فرایندهای اندازهگیری نیاز به برهمکنش کوانتومی بین سیستم و دستگاه اندازه گیری دارند و پس از آن یک بازخوانی برگشت‌ناپذیر از نتایج اندازهگیری که تنها شامل سیستم اندازه گیری شده است، دنبال می‌شود.
فهم و توضیح فیزیک کوانتومی بسیار سخت است. پروفسور هافمن از دانشگاه هیروشیما و آقای پاتکار از موسسه‌ی فناوری بمبئی سعی کرده‌اند پاسخی برای یکی از بزرگترین سوالات فیزیک کوانتومی پیدا کنند: چگونه یک سیستم کوانتومی را بدون هیچ تغییری اندازهگیری کنیم؟
مقاله جدید آن‌ها نشان داده که با خواندن اطلاعات مشاهده‌شده از یک سیستم کوانتومی و به دور از خود سیستم می‌توان حالت آن را بسته به روش تجزیه و تحلیل، تعیین کرد. اگر چه این تحلیل کاملا از سیستم کوانتومی حذف می‌شود، اما با مطالعه دقیق داده‌های کوانتومی می‌توان برهم‌نهی اولیه نتایج ممکن را احیا کرد. پروفسور هافمن توضیح می‌دهد:
ما با نگاه کردن، معمولا به دنبال چیزی می‌گردیم، اما در اینجا نگاه کردن می‌تواند آن چیز را تغییر دهد. مشکل ما با مکانیک کوانتومی دقیقا همین است. ما می‌توانیم از روش‌های پیچیده ریاضی برای توصیف آن استفاده کنیم، اما چگونه می‌توانیم اطمینان یابیم که ریاضیات همان چیزی را توصیف می‌کنند که واقعا وجود دارد؟ اندازه گیری، نوعی مصالحه است که در آن احتمالات مربوط به بقیه‌ی حالت‌ها از بین می‌روند. شما نمی‌توانید چیزی متوجه شوید مگر اینکه داشتن یک برهمکنش با سیستم را به عنوان هزینه‌ی این اندازه گیری بپذیرید.
دانشمندان به دنبال راه‌های اندازهگیری، بدون پرداخت این هزینه هستند. به عبارت دیگر، نگه‌داشتن برهم نهی سیستم یا اینکه سیستم بتواند در همه‌ی حالت ها وجود داشته باشد. محققان نتایج خود را با استفاده از داستان مشهور گربه شرودینگر توضیح می‌دهند: گربه‌ی شرودینگر در یک جعبه قرار دارد و دانشمندان نمی‌دانند که آیا گربه زنده است یا نه. یک دوربین به گونه‌ای در بیرون جعبه کار‌گذاشته شده که می‌تواند از درون آن عکس بگیرد. عکس گرفته شده از گربه تار است و ما تنها می‌توانیم بینیم که یک گربه وجود دارد، ولی در مورد زنده یا مرده بودن آن نمی‌توانیم نظر بدهیم. همچنین فلش دوربین، برچسب کوانتومی نشان‌دهنده‌ی حالت برهم‌نهی گربه را، از بین برده است. این عکس درواقع با سرنوشت گربه پیوند خورده است؛ به عبارت دیگر ما با استفاده از روش‌های مشخص و با پردازش این عکس می‌توانیم تصمیم بگیریم که برای گربه چه اتفاقی افتاده است.
عکس گرفته شده از گربه می‌تواند از جعبه بیرون آورده شود و داخل یک کامپیوتر یا یک اتاق تاریک پردازش شود. با توجه به روشی که برای پردازش تصویر استفاده می‌شود، ما می‌توانیم زنده یا مرده بودن گربه را بفهمیم و یا با فهمیدن کاری که فلش دوربین با گربه کرده است برچسب کوانتومی آن را بازگردانیم. درواقع این انتخاب مشاهده‌گر است که تعیین می‌کند ما چه چیزی درباره‌‌ی گربه بدانیم. ما یا می‌توانیم تعیین کنیم گربه زنده است یا مرده؛ یا برچسب کوانتومی حذف شده در زمان گرفتن عکس را به آن برگردانیم؛ ولی نمی‌توانیم هر دو کار را انجام دهیم.
در این مقاله یک توصیف کلی برای اندازه گیری های کوانتومی از یک مشاهده پذیر مثل A و از یک ورودی دلخواه سیستم ارائه شده است و به این امر اشاره می‌کند که برهمکنش درهم تنیده، حالت سیستم را با تبدیل همدوسی کوانتومی موضعی سیستم به همبستگی ناموضعی بین سیستم و دستگاه اندازه گیری مختل می‌کند.
نظریه ارائه شده در این مقاله نشان می‌دهد که چگونه انتقال اطلاعات شرح داده شده توسط تعامل سیستم-دستگاه اندازه گیری را می‌توان با حداقل فرضیاتی در مورد ویژگی‌های خود دستگاه اندازه گیری مشخص نمود. سپس این امکان وجود دارد که بین نقش برهمکنش های درهم‌تنیده و راهبردهای بازخوانی مختلف که فقط در دستگاه اندازه گیری تشخیص داده می‌شوند، تمایز قایل شد. در نتیجه می‌توانیم نشان دهیم که در نتیجه حضور درهم تنیدگی، انتخاب واقعی حالت کوانتومی پس از اندازهگیری، به طور کامل مستقل از فیزیک سیستم است. از این مشاهدات نتیجه می‌گیریم که نقش درهم‌تنیدگی در اندازهگیری کوانتومی، جداسازی انتخاب حالت‌های خروجی از فیزیک سیستم است.
این تنها یک قدم رو به جلو برای فهمیدن مکانیک کوانتومی است که امروزه استفاده‌ی کامل از آن محدود به سیستم‌های کاملا تخصصی مثل کامپیوتر‌های کوانتومی شده است. البته جنبه‌هایی از آن در اندازه گیری‌های دقیق و همچنین ارتباطات امن نیز می‌تواند به کار گرفته شود. هافمن اشاره می‌کند:
این بخش کلیدی این تحقیق است. من واقعا مشتاقم علت وجود این شگفتی کوانتومی را بفهمم. من روی اندازهگیری تمرکز کرده ام چون منشا این شگفتی است!
گفتگو۱ دیدگاه
نظر من در مورد ماهیت مکانیک کوانتوم:
فرض بگیرید قبل از اثبات نظریه مشهور انیشتین ما پی میبریدم که تا از کره خاکی زمین فاصله بگیرید ساعتها کندتر میشدن،،! ببینید دقیقا به همین اندازه که مکانیک کوانتوم تعجب برانگیزه این.موضوع هم هست، تصور کنید چقدر متعجب میشدیم که ساعتها میدونن ما دقیقا کجا هستیم و چرخش عقربه ها رو با مکان ما تطبیق میده!!
اما با اثبات نظریه نسبیت انیشتین فهمیدیم که این موضوع هرچند شگفت انگیز اما ساده تر و قابل درکتر از چیزی بود که امکان داشت خطا کنیم.
امیدوارم منظورمو.فهمیده باشین چون من زیاد علمی نیستم