تريند 🔥

🤖 AI

خطوة لحل لغز قط شرودنغر: علماء يحققون إنجازاً هائلاً ويضعون أكبر جسم على الإطلاق بحالة تراكب الكم

منة الله سيد أحمد
منة الله سيد أحمد

3 د

علماء في المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا ينجحون بوضع بلورة ياقوت بوزن 16 ميكروغرام في حالة تراكب الكم، حيث تتذبذب في اتجاهين متعاكستين بالوقت ذاته.

هذا الإنجاز يمهد الطريق لاستكشاف سلوك الأجسام الأكبر حجمًا على المستوى الكمومي، وقد يساعد في حل لغز قطة شرودينغر.

تطبيقات هذا الاكتشاف تشمل تحسين أجهزة الكمبيوتر الكمية وتصحيح الأخطاء.

تمكن باحثون في المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich) من وضع بلورة من الياقوت تزن 16 ميكروغرام في حالة تراكب الكم "quantum superposition"، حيث تتذبذب ذرات البلورة في اتجاهين متعاكستين في الوقت ذاته. 

وتنبع أهمية هذه التجربة الثورية من كونها تدفع حدود ميكانيكا الكم وقد تمهد الطريق لاستكشاف سلوك الأجسام الأكبر حجمًا على المستوى الكمومي.

وتعد بلورة الياقوت التي تزن 16 ميكروغرامًا، أكبر جسم موجود على الإطلاق في تراكب ميكانيكا الكم لحالتي ذبذبات. 

وقال فريق البحث المنشور في مجلة Science، إن هذه الحالة تشبه إلى حد كبير حالة القط في التجربة الفكرية الشهيرة للفيزيائي إروين شرودنجر.

وقد تم وضع بلورة الياقوت في التجربة الجديدة في المكافئ الماكروسكوبي لحالة القط، إذ يمكن لمثل هذه الحالات أن تساعد العلماء في فهم كيف ولماذا تتحول قوانين عالم الكم إلى قواعد الفيزياء الكلاسيكية للأجسام الأكبر.

فريق البحث قام بضبط الياقوت ليتذبذب وتم ربطه بدائرة فائقة التوصيل، بهدف جعل الياقوت، الذي يتكون من حوالي 1017 ذرة، يتصرف كجسم ميكانيكي كمي، إذ أنه من حيث التجربة الفكرية الأصلية، كان الياقوت هو القطة، وكانت الدائرة هي الذرة المتحللة.

تم استخدام الدائرة كجزء من المعلومات الكمية الموجودة في الوقت نفسه في الحالتين "0" و "1"، وبعدها تم نقل تراكب الدائرة إلى تذبذب البلورة. ما مكنّ الذرات الموجودة في البلورة من التحرك في اتجاهين بالوقت ذاته - على سبيل المثال، لأعلى ولأسفل - تمامًا كما كانت قط شرودنغر ميتة وحيّة في نفس الوقت.

وكان العامل الرئيسي في هذه التجربة يكمن بضمان أن المسافة بين حالتي التذبذب في البلورة تتجاوز القيود المفروضة بواسطة مبدأ عدم اليقين الكمّي. وقد أكد الباحثون هذه المسافة، والتي بلغت حوالي ملياري نانومتر، مما يتيح تمييزاً واضحاً بين الحالتين.

يقول شلومي كوتلر، الفيزيائي الذي يدرس الدوائر الميكانيكية الكمومية بالجامعة العبرية في القدس: "إن هذه النتائج دفعت ميكانيكا الكم إلى إطار معملي فعلي".

وتفتح هذه النتائج آفاقًا جديدة لاستكشاف سلوك الأجسام الأكبر حجماً على المستوى الكمومي، والتي سيطرت عليها الميكانيكا الكلاسيكية في السابق. إذ أنه لا يزال فهم سبب عدم تجلي سلوك الكم في الأجسام الأكبر حجماً يشكل لغزًا كبيرًا في هذا المجال.

ويعتزم فاديل وفريقه استكشاف المزيد من النتائج المترتبة على بحثهم عن طريق دراسة التأثيرات المحتملة لسبب عدم اتباع الأجسام الأكبر لميكانيكا الكم. كما يهتمون بدراسة دور الجاذبية في هذه الظواهر، ويكمن الأمل في أن تساعد حالات "القطط الأكبر حجمًا" في حل لغز قط شرودنغر في النهاية.

يذكر أن الحالات الكمومية المستقرة والقابلة للتحكم - مثل تلك التي تم إنشاؤها في هذه الدراسة - لها تطبيقات عملية، إذ يمكن استخدامها بطرق تصحيح الأخطاء في أجهزة الكمبيوتر الكمية المعقدة، حيث يوضح كوتلر أن الحوسبة الكمية يمكن أن تعتمد على أجهزة تربط بين المكونات الكهربائية للمعالجة والأجسام الميكانيكية للذاكرة، تمامًا كما ربط مؤلفو الدراسة بين الدائرة فائقة التوصيل وبلورة الياقوت.

ويعتبر لغز قطة شرودنغر، أحد الألغاز المستعصية، وهي عبارة عن تجربة تخيلية قام بها العالم إروين شرودنجر، حصل من خلالها على جائزة نوبل في الفيزياء.

وتقوم التجربة على وضع القط في صندوق معدني، وبجانبها عداد جايجر وعلبة سم، إضافة إلى نظير لمادة مشعة ومطرقة، حيث عندما يتحلل النظير المشع سيكتشف العداد ذلك، ويدق بالمطرقة على علبة السم المعدنية، لينطلق السم ويقتل القطة.

ولكون التحلل الإشعاعي عملية عشوائية، ومن المستحيل التنبؤ بموعد حدوثه، وباعتبار الصندوق مغلق، فمن المستحيل معرفة فيما إن كانت القطة ميتة أم حية، كون هذا الأمر مرتبط بمعرفة إن كانت الذرات المشعة قد تحللت أو لا، لذا فإن القطة تعتبر ميتة وحية بالوقت ذاته حتى يتم فتح الصندوق.

ذو صلة

أحلى ماعندنا ، واصل لعندك! سجل بنشرة أراجيك البريدية

بالنقر على زر “التسجيل”، فإنك توافق شروط الخدمة وسياسية الخصوصية وتلقي رسائل بريدية من أراجيك

عبَّر عن رأيك

إحرص أن يكون تعليقك موضوعيّاً ومفيداً، حافظ على سُمعتكَ الرقميَّةواحترم الكاتب والأعضاء والقُرّاء.

ذو صلة