در یک پژوهش بین‌المللی و تاریخی گروهی از فیزیک‌دانان از دانشگاه لیدن (هلند)، دانشگاه تسینگهوا (پکن) و دانشگاه ژجیانگ (هانگژو) توانستند برای نخستین‌بار ثابت کنند که سامانه‌های بزرگ کوانتومی واقعا از قوانین عجیب و پیچیده مکانیک کوانتومی پیروی می‌کنند.
به گزارش sciencedaily، گروه با اجرای آزمون معروف بل (Bell’s Test) بر روی ۷۳ کیوبیت توانستند وجود همبستگی‌های واقعی کوانتومی را که در چارچوب فیزیک کلاسیک قابل توضیح نیست به اثبات برسانند.
این دستاورد که از آن با عنوان دروغ‌سنج کوانتومی یاد می‌شود، نقطه عطفی در درک و تایید ماهیت واقعی رفتار سامانه‌های کوانتومی است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که رایانه‌های کوانتومی نه‌تنها از نظر اندازه بزرگ‌تر شده‌اند، بلکه از نظر ماهیت نیز عمیق‌تر و اصیل‌تر کوانتومی هستند و همین مسئله در‌های تازه‌ای به روی ارتباطات ایمن‌تر و الگوریتم‌های کوانتومی قدرتمندتر می‌گشاید.
آزمونی برای تشخیص واقعیت از ظاهر در دنیای کوانتومی
پرسش اصلی این پژوهش از همان ابتدا روشن بود: آیا سامانه‌های بزرگ کوانتومی واقعا از قوانین غیرمنتظره مکانیک کوانتومی تبعیت می‌کنند یا فقط رفتاری مشابه از خود نشان می‌دهند؟ برای پاسخ به این پرسش تیم پژوهشی از آزمون بل استفاده کرد؛ آزمایشی که نخستین بار توسط فیزیک‌دان برجسته جان بل (John Bell) طراحی شد و مانند یک دروغ‌سنج کوانتومی عمل می‌کند.
این آزمون می‌تواند تشخیص دهد که آیا یک ماشین مثلاً یک رایانه کوانتومی واقعاً از پدیده‌های کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی و همبستگی‌های غیرمحلی استفاده می‌کند یا فقط آنها را شبیه‌سازی می‌نماید.
با پیشرفت روزافزون فناوری‌های کوانتومی نیاز به آزمون‌های دقیق‌تر برای اثبات کوانتومی بودن واقعی سامانه‌ها افزایش یافته است. در این پژوهش محققان گام بزرگی برداشتند و برای نخستین بار، آزمون بل را در مقیاسی بزرگ با ۷۳ کیوبیت یعنی اجزای پایه‌ی پردازش اطلاعات کوانتومی اجرا کردند.
تیمی جهانی برای چالشی بزرگ
این تحقیق حاصل همکاری مشترک میان فیزیک‌دانان نظری جوردی تورا (Jordi Tura)، پاتریک امونتس (Patrick Emonts) و منگیائو هو (Mengyao Hu)، دانشجوی دکتری دانشگاه لیدن با پژوهشگران دانشگاه تسینگهوا در پکن و فیزیک‌دانان تجربی دانشگاه ژجیانگ در هانگژو بود.
دنیای شگفت‌انگیز مکانیک کوانتومی
مکانیک کوانتومی دانشی است که رفتار ذرات بسیار ریز مانند اتم‌ها و الکترون‌ها را توضیح می‌دهد؛ جهانی که در آن پدیده‌ها بر خلاف درک معمول ما از فیزیک کلاسیک رفتار می‌کنند.
یکی از مهم‌ترین و عجیب‌ترین مفاهیم در این حوزه غیرمحلی بودن کوانتومی (Quantum Nonlocality) است. در این پدیده، ذرات می‌توانند بدون در نظر گرفتن فاصله، به‌صورت لحظه‌ای بر یکدیگر تأثیر بگذارند. این اثر که زمانی غیرممکن به نظر می‌رسید امروزه پدیده‌ای واقعی و اثبات‌شده است و جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۲ نیز به پژوهش در این زمینه اختصاص یافت.
پژوهش جدید نیز دقیقاً بر همین ویژگی تمرکز دارد: اثبات وجود همبستگی‌های غیرمحلی یا همان همبستگی‌های بل (Bell Correlations) در سامانه‌های بزرگ کوانتومی.
روش ابتکاری برای اثبات کوانتومی بودن
این طرح بسیار بلندپروازانه بود، اما راهبرد دقیق و بهینه‌شده تیم پژوهش تفاوتی اساسی ایجاد کرد. به‌جای تلاش برای اندازه‌گیری مستقیم و پیچیده همبستگی‌های بل، آنها به سراغ ویژگی‌ای رفتند که سامانه‌های کوانتومی در آن برتری دارند: حداقل‌سازی انرژی.
پژوهشگران با استفاده از پردازنده کوانتومی ابررسانا، حالت ویژه‌ای از ماده را با ۷۳ کیوبیت ایجاد کردند و انرژی آن را اندازه‌گیری نمودند. نتایج نشان داد انرژی این سامانه‌ها به‌مراتب کمتر از مقداری است که در چارچوب فیزیک کلاسیک امکان‌پذیر است. این اختلاف آن‌قدر زیاد بود که با ۴۸ انحراف معیار (Standard Deviation) از محدوده‌ی کلاسیکی فاصله داشت؛ عددی که نشان می‌دهد احتمال تصادفی بودن این نتیجه عملاً صفر است.
اثبات نادرترین نوع درهم‌تنیدگی
پژوهشگران به همین موفقیت بسنده نکردند. آنان توانستند نوعی از همبستگی کوانتومی بسیار پیچیده‌تر را نیز تأیید کنند که با نام همبستگی‌های واقعی چندذره‌ای بل (Genuine Multipartite Bell Correlations) شناخته می‌شود.
در این نوع از درهم‌تنیدگی تمام کیوبیت‌های سامانه باید هم‌زمان در فرآیند کوانتومی مشارکت داشته باشند؛ بنابراین تولید و تایید آن به‌مراتب دشوارتر است.
تیم تحقیقاتی با موفقیت توانست مجموعه‌ای از حالت‌های کم‌انرژی را در سامانه‌ای تا ۲۴ کیوبیت ایجاد کند که همگی از آزمون بل عبور کردند و وجود این همبستگی‌های چندذره‌ای را به‌طور مؤثر تأیید نمودند.
گامی به سوی آینده واقعی محاسبات کوانتومی
نتایج این پژوهش نقطه عطفی در علم فیزیک کوانتومی به شمار می‌آید. برای نخستین بار نشان داده شد که می‌توان رفتار کوانتومی عمیق را در سامانه‌های بزرگ و پیچیده به‌طور تجربی تأیید کرد؛ کاری که تاکنون در هیچ مقیاسی از این نوع انجام نشده بود.
اهمیت این دستاورد فقط نظری نیست؛ درک و کنترل بهتر همبستگی‌های بل می‌تواند مسیر را برای ارتباطات کوانتومی امن‌تر، رمزنگاری پیشرفته‌تر و طراحی الگوریتم‌های کوانتومی جدید و قدرتمندتر هموار سازد.
به گفته محققان این مطالعه نشان می‌دهد رایانه‌های کوانتومی آینده نه فقط دستگاه‌هایی بزرگ‌تر بلکه سامانه‌هایی اصیل‌تر از نظر ماهیت کوانتومی خواهند بود گامی بزرگ به‌سوی اطمینان از اینکه این فناوری‌ها واقعا از قوانین شگفت‌انگیز جهان کوانتومی پیروی می‌کنند نه اینکه فقط وانمود کنند.
انتهای پیام/
مسئولیت این خبر با سایت منبع و جامعه ورزشی آفتاب نو در قبال آن مسئولیتی ندارد. خواهشمندیم در صورت وجود هرگونه مشکل در محتوای آن، در نظرات همین خبر گزارش دهید تا اصلاح گردد.
آخرین اخبار ورزشی از فوتبال ایران و باشگاه های جهان را در سایت ورزشی آفتاب نو بخوانید
|
مطالب پیشنهادی از سراسر وب |
