نقل المعلومات عبر “التأثير الشبحي عن بعد” في مصادم الهادرونات الكبير
أكد الباحثون أن التشابك الكمومي يستمر بين الكواركات القمية، وهي أثقل الجسيمات الأساسية المعروفة. وقد أثبت الفيزيائيون وجود التشابك الكمومي بين الكواركات القمية ونظرائها من المادة المضادة، وهو اكتشاف تم في سيرن. يمتد هذا الاكتشاف لسلوك الجسيمات المتشابكة إلى مسافات تتجاوز نطاق الاتصال بسرعة الضوء ويفتح مجالات جديدة لاستكشاف ميكانيكا الكم في الطاقات العالية.
أجرى فريق من الفيزيائيين بقيادة أستاذة الفيزياء في جامعة روتشستر ريجينا ديمينا تجربة أفضت إلى نتيجة مهمة تتعلق بالتشابك الكمومي—تأثير وصفه ألبرت أينشتاين بـ”التأثير الشبحي عن بعد”.
يتمحور التشابك حول السلوك المنسق للجسيمات الدقيقة التي تفاعلت ثم تحركت بعيدًا عن بعضها البعض. قياس خصائص -مثل الموقع أو الزخم أو الدوران- لجسيم واحد من الزوج المنفصل يغير فورًا نتائج الجسيم الآخر، بغض النظر عن مدى بُعد الجسيم الثاني عن نظيره. بعبارة أخرى، حالة الجسيم المتشابك الواحد أو الكيوبت لا تنفصل عن الآخر.
اختراق في فيزياء الجسيمات
لوحظ التشابك الكمومي بين الجسيمات المستقرة، مثل الفوتونات أو الإلكترونات. لكن ديمينا وفريقها فتحوا آفاقًا جديدة في هذا المجال حيث وجدوا، لأول مرة، أن التشابك يستمر بين الكواركات القمية غير المستقرة ونظرائها من المادة المضادة على مسافات أكبر من ما يمكن تغطيته بواسطة المعلومات المنقولة بسرعة الضوء. تحديدًا، لاحظ الباحثون الارتباط الدوراني بين الجسيمات.
وبالتالي، أظهرت الجسيمات ما وصفه أينشتاين بـ”التأثير الشبحي عن بعد”.
“طريق جديد” لاستكشاف الكم
تم الإبلاغ عن هذا الاكتشاف بواسطة تعاون جهاز الكشف عن الميون المدمج (CMS) في مركز الأبحاث النووية الأوروبي (CERN)، حيث أجريت التجربة.
“تأكيد التشابك الكمومي بين أثقل الجسيمات الأساسية، الكواركات القمية، قد فتح طريقًا جديدًا لاستكشاف الطبيعة الكمومية لعالمنا عند طاقات تتجاوز بكثير ما هو متاح”، وفقًا للتقرير.
يقع CERN بالقرب من جنيف، سويسرا، وهو أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم. إنتاج الكواركات القمية يتطلب طاقات عالية جدًا، متاحة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، الذي يمكن العلماء من إرسال جسيمات عالية الطاقة تدور حول مسار تحت الأرض بطول 17 ميلًا بالقرب من سرعة الضوء.
علم المعلومات الكمومية والتطبيقات المستقبلية
أصبح ظاهرة التشابك أساسًا لمجال علم المعلومات الكمومية الناشئ الذي له تداعيات واسعة في مجالات مثل التشفير والحوسبة الكمومية.
الكواركات القمية، التي تكون كل واحدة منها ثقيلة مثل ذرة ذهب، يمكن إنتاجها فقط في المصادمات مثل LHC، وبالتالي من غير المرجح استخدامها لبناء كمبيوتر كمومي. لكن الدراسات مثل تلك التي أجرتها ديمينا وفريقها يمكن أن تسلط الضوء على مدى استمرار التشابك، سواء كان يتم تمريره إلى “بنات” الجسيمات أو منتجات الاضمحلال، وما إذا كان هناك أي شيء يكسر التشابك في النهاية.
يعتقد المنظرون أن الكون كان في حالة متشابكة بعد مرحلة التوسع السريع الأولية. يمكن أن تساعد النتائج الجديدة التي لاحظتها ديمينا وباحثوها العلماء في فهم ما أدى إلى فقدان الاتصال الكمومي في عالمنا.
الكواركات القمية في علاقات كمومية بعيدة المدى
سجلت ديمينا مقطع فيديو لقنوات التواصل الاجتماعي لـCMS لشرح نتيجة فريقها. استخدمت تشبيهًا لملك متردد من أرض بعيدة، أطلقت عليه اسم “الملك توب”.
يحصل الملك توب على أخبار أن بلاده تتعرض للغزو، فيرسل رسلًا ليخبروا جميع سكان البلاد بالاستعداد للدفاع. ولكن بعد ذلك، تشرح ديمينا في الفيديو، يغير رأيه ويرسل رسلًا يأمرون الناس بالتراجع.
“يستمر في التقلب بهذا الشكل، ولا أحد يعرف ما سيكون قراره في اللحظة التالية”، تقول ديمينا.
لا أحد، تتابع ديمينا الشرح، باستثناء زعيم قرية واحدة في هذا المملكة يُعرف باسم “أنتي توب”.
“يعرفان حالة ذهن بعضهما في أي لحظة زمنية”، تقول ديمينا.
يتألف فريق ديمينا البحثي من نفسها، وطالب الدراسات العليا آلان هيريرا، وزميل ما بعد الدكتوراه أوتو هيندريكس.
كطالبة دراسات عليا، كانت ديمينا ضمن الفريق الذي اكتشف الكوارك القمي في عام 1995. لاحقًا، كعضوة هيئة تدريس في روتشستر، قادت ديمينا فريقًا من العلماء من جميع أنحاء الولايات المتحدة لبناء جهاز تتبع لعب دورًا رئيسيًا في اكتشاف بوزون هيجز في عام 2012—جسيم أولي يساعد في تفسير أصل الكتلة في الكون.
المصدر: SciTechDaily
