تجربة كمومية تظهر خطأ آينشتاين في التشابك الكمي

لم يكن ألبرت آينشتاين مقتنعًا كليًا بميكانيكا الكم، مشيرًا إلى أن فهمنا لها ليس كاملًا. عارض آينشتاين نظرية التشابك على وجه الخصوص، وهي فكرة أن الجسيم يمكن أن يتأثر بجسيم آخر بعيد عنه.

أظهرت التجارب منذ ذلك الحين أن التشابك الكمي ممكن بالفعل، وأن جسيمين متشابكين يمكنهما الاتصال عبر مسافةٍ. تؤكد الآن تجربة جديدة ذلك بطريقة لم نرها من قبل.

استخدم العلماء في تجربة جديدة أنبوبًا طوله 30 مترًا مبردًا إلى ما يقرب من الصفر المطلق لإجراء اختبار بيل. وهو قياس عشوائي لكيوبتين متشابكين (الكيوبت هو البت كمي) في نفس الوقت. يقترح الاختبار متباينة رياضية إن انتهكت صحت نظرية ميكانيكا الكم.

لا تقتصر هذه التجربة على إجراء اختبار بيل على مسافات أطول مما جرب سابقًا، بل وتديره باستخدام دارات فائقة التوصيل، والتي من المتوقع أن تؤدي دورًا مهمًا في تطوير أجهزة الحاسوب الكمومية.

نظرًا لطريقة بناء التجربة، باستخدام مئات الدارات الإلكترونية بحجم الميكرومتر، يمكن استخدام نسخة معدلة بعدة طرائق.

يقول عالم الفيزياء الكمومية سيمون ستورتس Simon Storz في جامعة ETH Zurich في سويسرا: «يمكننا أن نثبت من خلال نهجنا -على نحو أكثر فاعلية مما هو ممكن في الأنظمة التجريبية الأخرى- أن متباينة اختبار بيل منتهكة. وهذا يجعلها مثيرة للاهتمام للتطبيقات العملية خصوصًا». ويمكن أن تشمل هذه التطبيقات العملية الاتصالات المشفرة الآمنة على سبيل المثال.

على الرغم من صعوبات بناء الآلة وضبطها، فإن الباحثين واثقون من إمكانية تكييفها للعمل على نطاقات أوسع أيضًا، مما يدفع حدود معرفتنا عن ميكانيكا الكم. ويقول عالم فيزياء الكم أندرياس والراف Andreas Wallraf من جامعة ETH Zurich: «هنالك 1.3 [طن] من النحاس و14000 برغي في آلتنا، بالإضافة إلى قدر كبير من المعرفة الفيزيائية والهندسية».

لإزالة جميع الثغرات المحتملة من اختبار بيل، أُخذت القياسات في وقت أقل مما يستغرقه الضوء للانتقال من طرف إلى آخر، مما يثبت عدم تبادل المعلومات بينها. استغرق الضوء 110 نانو ثانية للسفر عبر الأنبوب باستخدام هذا النظام، وأُخذت القياسات في وقت أقل بقليل. استخدم الباحثون فوتونات صغروية الموجة (مثل فوتونات المايكروويف) لإنشاء التشابك، وقيموا أكثر من مليون قياس لإظهار انتهاك متباينة بيل.

إنه أطول فصل بين اثنين من الكيوبتات فائقة التوصيل المتشابكة حتى الآن، مبشرًا بنجاح تقنية الكيوبت. يمكن أن تجد نفس التقنية الموضحة هنا طريقها في النهاية إلى أجهزة الحاسوب الكمومية واسعة النطاق.

هذا وكتب الباحثون في مقالتهم المنشورة: «يوضح عملنا أن اللامحلية هي مورد جديد قابل للتطبيق في تكنولوجيا المعلومات الكمية، التي تحققت بفضل دوائر فائقة التوصيل ذات تطبيقات محتملة في الاتصالات الكمومية والحوسبة الكمومية والفيزياء الأساسية».