اقترح باحثون في المملكة المتحدة والهند بروتوكولًا لاختبار الطبيعة الكمومية للأجسام الكبيرة - والذي يمكن أن ينجح من حيث المبدأ مع الأجسام بأي كتلة. السمة الرئيسية للبروتوكول هي أنه يتجنب الحاجة إلى إنشاء حالة كمومية مجهرية لاختبار ما إذا كانت ميكانيكا الكم صالحة على نطاقات واسعة أم لا. ومع ذلك، فإن بعض علماء الفيزياء غير مقتنعين بأن البحث يشكل تقدمًا كبيرًا.

تقوم ميكانيكا الكم بعمل رائع في وصف الذرات والجزيئات والجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات. ومع ذلك، فإن الأجسام الأكبر حجمًا لا تعرض عادةً السلوك الكمي مثل التشابك والتراكب. ويمكن تفسير ذلك من حيث فك الترابط الكمي، والذي يحدث عندما تتفاعل الحالات الكمومية الدقيقة مع البيئات الصاخبة. وهذا يجعل الأنظمة العيانية تتصرف وفقًا للفيزياء الكلاسيكية.

إن كيفية انهيار ميكانيكا الكم على المقاييس العيانية ليست رائعة من الناحية النظرية فحسب، بل إنها أيضًا حاسمة في محاولات تطوير نظرية توفق بين ميكانيكا الكم ونظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. ولذلك فإن الفيزيائيين حريصون على مراقبة السلوك الكمي في الأجسام الأكبر حجمًا.

تحدي هائل

إن إنشاء حالات كمومية عيانية والحفاظ عليها لفترة كافية لمراقبة سلوكها الكمي يمثل تحديًا هائلًا عند التعامل مع أشياء أكبر بكثير من الذرات أو الجزيئات الموجودة في الفخ. في الواقع، تم اختيار التشابك الكمي لرؤوس الطبول العيانية المهتزة (حجم كل منها 10 ميكرون) من قبل مجموعتين مستقلتين - واحدة في الولايات المتحدة والأخرى في فنلندا - كبديل. عالم الفيزياء اختراق عام 2021 للبراعة التجريبية للفرق.

البروتوكول الجديد مستوحى من عدم المساواة Leggett-Garg. يعد هذا تعديلًا لمتباينة بيل، التي تقيم ما إذا كان جسمان متشابكان ميكانيكيًا الكم من خلال الارتباط بين قياسات حالتهما. إذا تم انتهاك متباينة بيل، فإن القياسات ترتبط بشكل جيد للغاية، بحيث لو كانت حالاتها مستقلة، لاضطرت المعلومات إلى الانتقال بسرعة أكبر من الضوء بين الأجسام. نظرًا لأنه يُعتقد أن الاتصال فوق الضوء مستحيل، يتم تفسير الانتهاك كدليل على التشابك الكمي.

تطبق متباينة ليجيت-جارج نفس المبدأ على القياسات المتسلسلة لنفس الكائن. يتم قياس خاصية الكائن أولاً بطريقة - إذا كان كائنًا كلاسيكيًا (غير كمي) - تكون غير غازية. وفي وقت لاحق، يتم إجراء قياس آخر. إذا كان الكائن كيانًا كلاسيكيًا، فإن القياس الأول لا يغير نتيجة القياس الثاني. ومع ذلك، إذا كان الكائن محددًا بواسطة دالة موجية كمومية، فإن عملية القياس ذاتها سوف تزعجه. ونتيجة لذلك، فإن الارتباطات بين القياسات المتعاقبة يمكن أن تكشف ما إذا كان الجسم يخضع للميكانيكا الكلاسيكية أو ميكانيكا الكم.

تتأرجح البلورات النانوية

في عام 2018، الفيزيائي النظري سوجاتو بوس اقترح وزملاؤه في جامعة كوليدج لندن إجراء مثل هذا الاختبار على بلورة نانوية مبردة تتأرجح ذهابًا وإيابًا في مصيدة توافقية بصرية. سيتم تحديد موضع البلورة النانوية من خلال تركيز شعاع من الضوء على جانب واحد من المصيدة. إذا مر الضوء دون أن يتبعثر، يكون الجسم في الجانب الآخر من المصيدة. ومن خلال ملاحظة الجانب نفسه من الفخ لاحقًا، يمكن للمرء حساب ما إذا كانت متباينة ليجيت-جارج قد تم انتهاكها أم لا. إذا كان الأمر كذلك، فإن عدم الكشف الأولي عن الجسم سيكون قد أزعج حالته الكمومية، وبالتالي ستظهر البلورة النانوية سلوكًا كميًا.

المشكلة، كما يقول بوز، هي أنه يجب قياس الكتلة في نفس الجانب من المصيدة مرتين. وهذا قابل للتطبيق فقط بالنسبة للكتل ذات فترات التذبذب القصيرة لأن الحالة الكمومية يجب أن تظل متماسكة طوال عملية القياس. ومع ذلك، فإن الجماهير الكبيرة من الاهتمام سيكون لها فترات طويلة جدًا حتى ينجح هذا الأمر. الآن، يقترح بوز وزملاؤه إجراء القياس الثاني في موقع، إذا كان الجسم يخضع للميكانيكا الكلاسيكية، فمن المتوقع أن يكون قد وصل إليه.

يقول بوز: "من الأفضل بكثير الذهاب إلى المكان الذي سيذهب إليه بسبب تذبذبه الطبيعي ومعرفة مدى اختلافه عن ذلك المكان".

تكمن فائدة هذا المخطط في أنه طالما بقي الجسم في حالة متماسكة، فمن الممكن إجراء التجربة على كائنات من أي كتلة، حيث أنه من الممكن دائمًا حساب الموضع المتوقع للمذبذب التوافقي الكلاسيكي. لقد أصبح من الصعب عزل جسم أكبر، لكن بوز يعتقد أن هذه الحالات الكلاسيكية ظاهريًا ستكون أكثر مقاومة للضوضاء من الحالات الكمومية العيانية الغريبة مثل التراكبات.

تتبع تطور النظام

فيزيائي الكم فلاتكو فيدرال يوافق وزملاؤه من جامعة أكسفورد على أن نهج الباحثين يمكن أن يقدم فوائد أكثر من التجارب التي تحاول استخدام الحالات الكمومية العيانية المنفصلة مكانيًا. ومع ذلك، فهو يقول إن "ما يصبح مهمًا في هذه القياسات ليس الحالة الأولية بقدر ما هو تسلسل القياسات التي تجريها"، وأن تتبع تطور النظام بعد القياس الأول بحيث يتم الكشف عن الارتباطات "ليس مهمًا". مشكلة تافهة على الإطلاق”.

كما أنه متشكك بشأن المطالبة بالاستقلال الشامل. يقول: "لا أعرف من الناحية العملية مدى سهولة تحقيق ذلك، لكنه ببساطة يرتبط بالحجم، لأنه كلما زاد عدد الأنظمة الفرعية لديك، زاد التسرب إلى البيئة".

توني ليجيت (الذي شارك في تطوير عدم المساواة في الثمانينات مع أنوبام جارج) هو خبير في أسس ميكانيكا الكم الذي تقاسم جائزة نوبل عام 1980 لعمله على الموصلية الفائقة والسوائل الفائقة. وهو الآن أستاذ فخري في جامعة إلينوي، ويرى مشكلة أخرى تتعلق بعمل بوز وزملائه. ويقول: "من الواضح جدًا أن هؤلاء الباحثين مقتنعون بأن ميكانيكا الكم ستستمر في العمل، وأنا لست واثقًا جدًا".

ومع ذلك، يشير ليجيت إلى أن الدليل على انهيار ميكانيكا الكم سيتم تفسيره من قبل معظم مجتمع الفيزياء على أنه نتيجة لفك الترابط، والذي يمكن أن يكون ناجمًا عن القياسات الغازية. وعلى عكس التجارب التي أجريت على حالات معروفة - والتي كان جزءًا منها - يقول إن بوز وزملائه لا يقدمون وسيلة لاختبار مدى غزو قياساتهم، على سبيل المثال، باستخدام بروتوكول القياس نفسه على مجموعة مختلفة من الحالات.

تم وصف البحث في ورقة تم قبولها للنشر في استعراض للحروف البدنية. A الطباعة المسبقة متاحة على arXiv.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/protocol-could-make-it-easier-to-test-the-quantum-nature-of-large-objects/