مرز بین قلمروهای کلاسیک و کوانتوم همیشه مورد توجه بوده است. چه عاملی موجب کوانتومی‌تر شدن چیزها می‌شود؟ آیا راهی برای توصیف کوانتومی بودن وجود دارد؟ محققان در گزارش منتشر شده در مجله AVS Quantum Science مرز بین کوانتوم و کلاسیک را بررسی کرده‌اند. با دیپ لوک همراه باشید…
اجسام بزرگ مانند توپ‌های بیس‌بال، وسایل نقلیه و سیارات، مطابق قوانین مکانیک کلاسیک که توسط نیوتون فرمول‌بندی شده‌اند، رفتار می کنند. اجزای کوچک، مانند اتم‌ها و ذرات زیر اتمی توسط مکانیک کوانتومی کنترل می‌شوند، جایی که یک شی می‌تواند هم به صورت موج و هم به صورت ذره رفتار کند.
درجه کوانتومی بودن برای کاربردهایی مانند محاسبات کوانتومی و حسگری کوانتومی مهم است. این کاربردها مزایایی را ارائه می‌دهند که در نمونه‌های کلاسیک آن‌ها وجود ندارد. درک این مزایا به نوبه خود، نیازمند درک درجه کوانتومی بودن سیستم‌های فیزیکی درگیر است. نویسندگان این مطالعه، به جای پیشنهاد مقیاسی که مقادیر آن با درجه کوانتومی بودن ارتباط داشته باشد، به بررسی حدها می‌پردازند؛ یعنی حالاتی با بیشترین میزان کوانتومی بودن یا کمترین میزان کوانتومی بودن. نویسنده این مقاله، لوئیز سانچز سوتو (Luis Sanchez-Soto) می‌گوید:
ایده این پژوهش از سوالی بدست آمد که در یک نشست علمی مطرح شد. من در حال ارائه یک سمینار در این زمینه بودم که کسی از من پرسید کرد شما بچه‌های اپتیک کوانتومی همیشه در مورد کلاسیکی‌ترین حالت‌ها صحبت می‌کنید، اما در مورد کوانتومی‌ترین حالت‌ها چه؟
مدت‌هاست معلوم شده که حالات به اصطلاح همدوس را می توان به صورت شبه کلاسیک توصیف کرد. به عنوان مثال حالت‌های همدوس در یک لیزر رخ می‌دهند، جایی که نورهای حاصل از چند منبع فوتونی، در یک فاز هستند و همین امر آن‌ها را حالاتی با کمترین میزان کوانتومی بودن می‌نماید.
یک سیستم کوانتومی را می‌توان اغلب به صورت ریاضی با نقاط روی کره نشان داد. این نوع نمایش را صورت فلکی مایورانا (Majorana) می‌نامند و برای حالت‌های همدوس، صورت فلکی، صرفا یک نقطه واحد است. از آنجا که این‌ها حالاتی با کمترین میزان کوانتومی بودن هستند، حالاتی با بیشترین میزان کوانتومی بودن، صورت‌های فلکی خواهند داشت که بیشتر کره را بپوشانند.
محققان به روش‌هایی که سایر دانشمندان، میزان کوانتومی بودن را بررسی کرده بودند، نگاه کردند و صورت فلکی مایورانا را به تمام روش‌ها مورد توجه قرار دادند. آن‌ها سپس پرسیدند مجموعه نقاطی که با بیشترین تساوی توزیع شده باشند، برای این رویکرد چیست؟ زمانی که سانچس سوتو و همکارانش مسئله کوانتومی بودن را بررسی کردند، دریافتند که این یک پروژه ریاضی مفید و بسیار زیباست.
