أصبحت التشابك الكمي للجسيمات الآن فناً راسخاً. تأخذ جسيمين أو أكثر غير المقاسة وتُرتبطهما بطريقة تُبهم فيها خصائصهما وتُعكس بعضها البعض. قِس واحداً، وتُثبت خصائص الآخر المُقابلة في مكانها، على الفور، حتى وإن كانت المسافة بينهما واسعة.
في أبحاث جديدة، افترض الفيزيائيون طريقة جريئة لتغييره من خلال تشابك جسيمين من أنواع مختلفة للغاية – وحدة من الضوء، أو فوتون، مع فونون، وهو المكافئ الكمي لموجة من الصوت.
لقد أطلق الفيزيائيون تشانغلون زو، وكلاوديوس جينيس، وبرغيت ستيلر، من معهد ماكس بلانك لعلم الضوء في ألمانيا، على نظامهم المقترح الجديد التشابك الضوضائي.
هذا يمثل نظامًا هجينًا يستخدم جسيمين أساسيين مختلفين تمامًا، مُؤسسًا نوعًا من التشابك مقاوم بشكل فريد للضوضاء الخارجية، أحد أكبر المشكلات التي تواجه تكنولوجيا الكم، مما يجعله خطوة مهمة نحو أجهزة كمومية أكثر متانة.
يُعد التشابك الكمومي ذا تطبيقات واعدة في الاتصالات الكمومية عالية السرعة والحوسبة الكمومية. الفيزياء الفريدة التي تُعرّف الجسيمات المنعزلة والمتشابكة قبل وبعد قياسها تجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من الاستخدامات، من التشفير إلى الخوارزميات عالية السرعة.
لكن الحالة الكمومية الدقيقة المطلوبة لهذه العمليات يمكن أن تتفكك بسهولة، وهو مشكلة حالت دون تحقيقها في التطبيقات العملية.
يعمل العلماء على حل هذه المشكلة، مع بعض المسارات الواعدة. الارتفاع في الأبعاد يقلل من تأثير الضوضاء المُلْهِكة، كما يفعل إضافة المزيد من الجسيمات إلى النظام المتشابك. من المحتمل جدًا أن يتضمن الحل العملي أكثر من مسار واحد، لذا كلما زادت خياراتنا، زادت احتمالية العثور على المزيج الصحيح.
شمل المسار الذي بحث فيه زو وزملاؤه ربط الفوتونات ليس بجسيمات أخرى، بل بـ “جسيم” له انتشار مختلف تمامًا: الصوت. وهذا أمرٌ صعب التحقيق، لأن الفوتونات والفونونات تسافر بسرعات مختلفة ولديها مستويات طاقة مختلفة.
أظهر الباحثون كيف يمكن أن تتشابك الجسيمات عن طريق الاستفادة من عملية تُسمى تشتت بريلواين، حيث يتم تشتيت الضوء بواسطة موجات من اهتزازات الصوت المُولدة بالحرارة بين الذرات في المادة.
في نظامهم الصلب المقترح، سيقوم الباحثون بنبض ضوء الليزر وموجات صوتية في موصل ضوئي صلب على رقاقة، نشط من حيث تشتت بريلواين، مصمم لإحداث تشتت بريلواين. عندما تسافر الكميتان على نفس البنية الضوئية، تتحرك الفونون بسرعة أقل بكثير، مما ينتج عنه التشتت الذي يمكن أن يُشابك الجسيمات التي تحمل مستويات طاقة مختلفة بشكل كبير.
ما يزيد من أهمية هذا الاكتشاف هو إمكانية تحقيقه عند درجات حرارة أعلى من طرق التشابك القياسية، مما يُخرج التشابك من المنطقة الحرجة للتبريد، وربما يقلل من الحاجة إلى معدات باهظة الثمن ومتخصصة.
يُطلب مزيد من التحقيق والتجربة، لكنه نتيجة واعدة، حسبما يقول الباحثون.
“حقيقة أن النظام يعمل على نطاق واسع من الأوضاع الضوئية والصوتية،” يكتبون، “يُقدم آفاقًا جديدة للتشابك مع الأوضاع المستمرة، مع إمكانيات عظيمة في الحوسبة الكمومية، والتخزين الكمومي، والقياس الكمومي، والنقل الكمومي، والاتصال الكمومي المُساعد بالتشابك، واستكشاف الحدود” “بين العوالم الكلاسيكية والكمومية”.
“`html
نُشِر البحث في مجلة الفيزياء الرسائل.
“`
المصدر: المصدر